Impedanzanpassung und große Spurenbreiten

Ich arbeite derzeit an einem Design, bei dem einer meiner ICs die Verwendung einer 50-Ohm-Spur spezifiziert. Die Antwort auf diese Frage, charakteristische Impedanz einer Kurve , zeigt, dass eine 120-mil-Kurve erforderlich ist, um diese Impedanz zu erhalten.

Der IC bietet nur Platz für 18,8-mil-Spuren, und dies setzt keinen Abstand zwischen den Spuren voraus. Wie kann ich also unter Berücksichtigung dieser Spurimpedanz entwerfen? Natürlich kann ich die Plattendicke verringern oder die Kupferhöhe erhöhen, aber nur bis zu einem gewissen Grad, und ich möchte, dass dies für etwas billiges hergestellt wird. Wie wird das normalerweise gehandhabt?

Der IC, den ich benutze, ist der MAX9382, der bis zu 450 MHz arbeiten kann. Ich werde ihn wahrscheinlich um 400-450 MHz verwenden. Die Daten, die verwendet werden, sind anfangs analog, müssen jedoch schwer zu digitalisieren sein, um mit diesem IC verwendet zu werden.

Verwenden Sie einen 4-Schicht-Stapel.

Die Berechnung der benötigten Spurbreite ist sinnlos, es sei denn, darunter befindet sich eine feste Grundplatte. Bei einem 2-Schicht-Design müssen Sie möglicherweise Spuren auf der anderen Seite verlegen, was Ihre Impedanz ziemlich ruiniert, wenn sie sich Ihrer Spur nähern.

Bei 450 MHz sollten Sie wirklich solide, kontinuierliche, richtig entkoppelte Strom- und Bodenebenen haben. Dies verbessert die Rauschleistung, EMI-Probleme, verbessert die Impedanz usw. Das Anlegen einer 4-Lagen-Platine ist nicht viel teurer als eine 2-Lagen-Platine.

Verwenden Sie eine 4-Schicht wie:

>----------------Signal 1
8.3 mil
>----------------Ground
39 mil
>----------------Power
8.3 mil
>----------------Signal 2

Der Abstand kann sich je nach Wahl der Kupferdicke geringfügig ändern.

Das gibt Ihnen ungefähr 10-20 mil für Ihre 50 Ohm-Spur auf Signal 1/2, abhängig von der endgültigen Dielektrizitäts- und Kupferdicke auf den Signalschichten.

Sie müssen sich keine Gedanken über die Impedanz sehr kurzer Leiterplattenspuren als Teil einer längeren Spur machen. Sie haben also eine dünnere Spur direkt neben dem Chip. Wenn die Spur jedoch eine Entfernung zurücklegen muss, müssen Sie die Dicke der Spur anpassen, wenn sie vom Chip entfernt wird. Sie "fächern" nur die Spurenbreite vom Chip weg auf. So habe ich es immer gesehen.

Dies ist nicht anders als bei den Anschlüssen einer Übertragungsleitung. Die Impedanz eines einzelnen kurzen Elements mag etwas geringer sein, ist jedoch im Vergleich zur gesamten Übertragungsleitung gering.

Oft können zu breite Spuren Probleme mit der Kapazität der Spur verursachen. Wenn Sie die Spur dünner machen, wird die Kapazität verringert. Natürlich bringt dünnere Spuren die Impedanz durcheinander.

Wenn der PCB-Stapel anders ausgeführt wird und die Signalschicht näher an der Leistungs- / Gnd-Ebene liegt, kann die Spur dünner sein, während sie immer noch die richtige Impedanz aufweist. Auf einer mehrschichtigen Leiterplatte funktioniert dies nur, wenn sich das Signal auch auf einer inneren Schicht befindet, was es schwierig macht, die richtige Impedanz UND Kapazität auf einer äußeren Schicht zu haben.

Das Endergebnis ist, dass alles ein Kompromiss ist. Normalerweise lasse ich diese Signale auf inneren Schichten mit optimierten PCB-Stapeln laufen - aber dann halte ich die Spuren dünn und sehr kurz, wenn sie zu einer äußeren Schicht gehen müssen, um zu einem Chip zu gelangen.

Auf einer 2-lagigen Leiterplatte ist es sehr schwierig, auf schmalen Spuren die richtige Impedanz zu haben - daher kümmere ich mich normalerweise nicht darum. Wenn die Impedanz kritisch ist, gehe ich zu mindestens einer 4-lagigen Leiterplatte.

Können Sie benachbarte Referenzspuren zusammen mit Ihren Signalen routen? Mir wurde gesagt, dass geroutete Drillinge oder sogar Quint, wenn Sie keine Drillinge usw. einsetzen können, manchmal in Situationen wie Ihrer funktionieren können, wenn Sie keine enge Ebene haben, auf die Sie sich beziehen können. Wenn Sie ein Diff-Paar haben, ähnelt es möglicherweise eher einem Quad mit benachbarten Referenzen / Rückgaben außerhalb auf beiden Seiten des Diff-Paares. Der gleiche Mentor schlägt vor, dass ein Board mit zwei Ebenen aufgrund des Abstands zwischen den Ebenen als zwei nicht verwandte Boards behandelt werden sollte, und geroutete Referenzen / Rückgaben sind der richtige Weg, wenn nicht mehr Ebenen vorhanden sind.

Ich habe mich beim Quad für ein Diff-Paar geirrt. Meine Notizen aus den relevanten Präsentationen besagen, dass ein Triplett mit einer Referenz ZWISCHEN den beiden Signalen des Diff-Paares verwendet werden soll. Ich suche / warte immer noch auf Impedanzberechnungen auf diese Weise. Mir wurde gesagt, dass er nach dem RF / Mikrowellen-Buch sucht, in dem sie sich befinden. Er hat einige davon.

Stellen Sie zunächst fest, ob dies eine echte Anforderung ist. Über welche Entfernung muss dies eingehalten werden? Wenn es sich um ein ernsthaft schnelles Signal handelt (sehen Sie sich die Kantenrate im Vergleich zur Länge der Kurve an), müssen Sie möglicherweise eine Simulation durchführen. Die Howard and Johnson-Referenz, die in der Antwort auf Ihre verknüpfte Frage enthalten ist, ist eine großartige Ressource für diese Art von Dingen.

Wenn die Anforderung ist real, dann herauszufinden , viel Toleranz gibt es (das Board Fab wahrscheinlich nur zu +/- 10% bekommen, was man sich wünschen, so das berücksichtigen).

BEARBEITEN: Wenn Sie sich Ihren Teil ansehen, den Sie jetzt gepostet haben, befinden Sie sich im Gebiet der "echten Anforderungen".

80ps Kanten sind ziemlich schnell! Die "Kniefrequenz", bei der die Harmonische schnell abfällt, liegt über 6 GHz. Unter der Annahme, dass die Ausbreitungsverzögerung etwa 66% der Lichtgeschwindigkeit beträgt, beträgt 80 ps 16 mm. Als Faustregel gilt, dass alles, was länger als 1 / 4-1 / 6 der Übergangszeit ist, wie eine Übertragungsleitung behandelt werden muss, was bedeutet, dass jede Spur länger als einige mm ist!

Ich würde zögern, dies auf einem 2-Layer-Board über einen Unterschied hinweg zu versuchen, ohne eine Simulation durchzuführen.

Sie müssen wahrscheinlich mehrschichtig arbeiten, um die Referenzebene näher an die Spur zu bringen, wodurch dünnere Spuren die Impedanzspezifikation erfüllen können. (BEARBEITEN: Wie in den Kommentaren erwähnt, können Sie dies in zwei Schichten tun, aber dann haben Sie ein wirklich dünnes Brett!)

Alternativ können Sie möglicherweise eine koplanare Wellenleiterstruktur auf zwei Schichten aufbauen, die die gewünschte Impedanz liefern kann. Oder erhöhen Sie den Abschlusswiderstand, was bedeutet, dass die Impedanz der Spur entsprechend geändert wird, was eine dünnere Spur bedeutet. AppCAD kann Ihnen helfen, mit Parametern für diese Optionen zu spielen.

Hört sich nach Spaß an :)