Domanda:
Impedenza controllata in presenza di vie e componenti passanti (PTH)
SomethingBetter
2011-09-25 01:49:42 UTC
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Abbiamo alcune tracce di impedenza controllata sul layer 4 di una scheda. Lo strato 3 è un piano GND. Lo strato 5 è un aereo da 3,3 V. Entrambi i piani sono ininterrotti (occupano l'intero strato), ad eccezione di vie e fori.

Ci sono molti di fori su questo PCB, perché ne abbiamo molti connettori a foro passante. Guarda l'immagine non così carina di seguito:

traces going through holes

I cerchi bianchi sono i fori nel PCB. La mia domanda è: in che modo tutti questi fori influenzano l'impedenza delle tracce? Esiste una distanza minima da mantenere dai fori per garantire che l'impedenza rientri nelle tolleranze specificate (ad esempio 100 ohm + -% 5-10 per le linee differenziali)

Un'altra domanda in qualche modo simile: Considera l'immagine sotto:

traces above respective planes

Supponiamo che il livello 3, il livello del piano GND sia ora diviso in 2, una sezione AGND e una sezione DGND. Le tracce che corrono interamente su un singolo strato piano (come nell'immagine) mantengono il valore di impedenza controllato? C'è un limite a quanto possono avvicinarsi ai bordi dei piani prima di iniziare a mostrare deviazioni dall'impedenza caratteristica target?

Non ho il tempo di dare a questa la risposta che merita, ma dirò una cosa. Non eseguire tracce tra diversi piani di terra. Questo non va bene.
Tra i piani di terra? Sì, non lo facciamo. Ma chiedendosi come le due situazioni sopra descritte influiscano sull'impedenza caratteristica.
@Kortuk: Come ho detto, * NON * stiamo passando su piani di terra. Apprezzerei se commentassi le altre due situazioni sopra descritte invece di preoccuparti che passerò sopra i due piani :) (L'effetto dei cuscinetti a foro passante e l'effetto delle spaccature del piano nel caso in cui non lo sia attraversandoli)
"sì, non lo facciamo." Mi è mancato il no. Nessun problema, il commento è stato aggiunto per il pubblico nel suo complesso anche se come altri possono apprendere. Devo trovare la mia copia del design digitale ad alta velocità per darti una risposta esplicita e mi sono appena trasferito.
Come dice Kortuk, [High Speed ​​Digital Design] (http://www.amazon.com/High-Speed-Digital-Design-Handbook/dp/0133957241) probabilmente sarebbe di aiuto qui.
@SomethingBetter, Ci ho passato un po 'di tempo, ho alcune idee su quale effetto avrebbe ma ho davvero bisogno di creare alcuni modelli computazionali per dirti di più di quanto altri ti abbiano già detto.
Tre risposte:
tyblu
2012-01-06 04:22:17 UTC
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L'impedenza caratteristica della traccia, quella delle microstrip o della stripline, viene determinata tenendo conto dello stackup / geometria del PCB senza vie. A 3x la larghezza della traccia richiesta calcolata quasi tutto ( e -3 ) del segnale originale sarà dissipato.

Il percorso di ritorno del segnale è importante per le correnti ad alta velocità. Alle alte frequenze la corrente segue il percorso di minima induttanza, non ultima resistenza, che normalmente è il percorso più vicino alla traccia del segnale. La densità della corrente di ritorno si riduce inversamente di 1+ (D / H) 2 , in un punto D unità di distanza dalla traccia del segnale su uno strato di ritorno H unità di spessore [1] .

Quindi, è necessario prestare attenzione al rapporto D / H oltre alla larghezza della traccia W: stay 3xW e 4xH di distanza dalla traccia (4,36xH .. per il 95% di dissipazione).

[1] Vedi eq. 5.1, pag. 190, di High-Speed ​​Digital Design di H. Johnson, M. Graham.

Brian Carlton
2011-10-08 00:07:56 UTC
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Per la prima domanda, analizzerei la scheda in HyperLynx o un simile strumento di integrità del segnale post-route. Se non avessi uno strumento del genere, manterrei lo spazio per la spaziatura dei fori a 20 mil o 4x la larghezza della traccia, a seconda di quale sia maggiore.

The Photon
2012-01-06 03:51:55 UTC
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Se l'altezza tra la traccia del segnale e il piano di massa è h , una buona regola pratica è di mantenere tutte le potenziali caratteristiche perturbatrici ad almeno 3h di distanza dalle tue tracce . Se riesci a gestire una maggiore separazione, è ancora meglio.

Inoltre, se la lunghezza della traccia è inferiore a 1/10 della lunghezza d'onda alle frequenze di interesse, determinata dai tempi di salita e discesa dei segnali digitali, ricorda che probabilmente non ha molta importanza quello che fai . È una lunghezza della traccia di 1,4 metri a 10 MHz o 14 cm a 100 MHz. Se il tuo schizzo mostra fori distanziati di 0,1 pollici, sembra che la tua scheda sia meno di 1 pollice quadrato e potresti farla franca con segnali ben oltre i 100 MHz senza preoccuparti eccessivamente dell'impedenza controllata e delle terminazioni attente.

Modifica

Questo non vuol dire che dovresti ignorare totalmente le buone pratiche di progettazione e sbarazzarti del tuo piano di massa o far scorrere le tracce attraverso gli slot nel piano di terra, come indicato nei commenti sotto. Inoltre, i valori di distanza sopra (1,4 me 14 cm) vengono corretti dalla mia risposta iniziale.

Buone regole pratiche, ma questa situazione è speciale perché c'è sia un ground che un power plane, che aiuteranno entrambi a minimizzare le perturbazioni. Ingenuamente, potresti ridurre il requisito a * 2 ore * o * 1,5 ore *, ma probabilmente sarebbe meglio scartare la regola empirica in situazioni che si discostano significativamente dalla norma come questa (la norma è un piano di massa al di sotto la traccia e l'aria sopra).
Inoltre, la regola della lunghezza d'onda 1/10 si applica all'intera lunghezza del conduttore. Dato che questo PCB contiene molti connettori, immagino che sia un backplane o una scheda di interfaccia di qualche tipo, quindi la regola 1/10 non si applicherebbe solo a questa scheda ma all'intera lunghezza delle schede di interfaccia e / o ai cavi collegati.
@KevinVermeer, Buoni punti. Sul tuo primo commento, una regola di 3 ore dovrebbe comunque essere "sicura", quindi se non ha accesso a Hyperlynx o qualcosa di simile, sembra meglio attenersi a quella regola.
@ThePhoton, C'è una storia divertente raccontata nella progettazione digitale ad alta velocità di un'azienda che ha seguito la regola della lunghezza d'onda 1/10 ma non ha tenuto conto dell'induttanza e della capacità della linea durante la progettazione e non ha utilizzato nemmeno la terminazione. L'anello era così alto che l'accoppiamento da uno all'altro poteva essere più del 50% circa del segnale originale, e il rimbalzo del segnale su un cambiamento di stato poteva più che raddoppiare il segnale.
@Kortuk, potresti pensare a un aneddoto in Johnson & Graham su un'azienda che ha cercato di prototipare una CPU ECL utilizzando wire-wrap ... ... Ho dimenticato di tenere conto della costante dielettrica del materiale PCB nel calcolo delle distanze critiche nella mia risposta ; Vado a sistemarlo.
@Kortuk, un errore più probabile che ignorare completamente le L & C è progettare con una famiglia logica con tempi di salita e discesa molto più rapidi del necessario, quindi calcolare la distanza critica dalla frequenza di clock anziché i tempi di salita e discesa. D'altra parte, migliaia e migliaia di progetti logici discreti, funzionanti e molto grandi sono stati sviluppati una volta senza alcun pensiero per l'impedenza controllata o la terminazione.
@ThePhoton, Concordo sul fatto che mentre le persone progettano questo è stato l'errore più consistente che ho visto. Conosco solo molti ingegneri che pensano che se si trovano al di sotto delle distanze della linea di trasmissione, possono semplicemente trattarlo come un filo ideale e ignorare i problemi di inducatanza e capacità. Normalmente non molto grande, ma sono un fan della terminazione del sorgente ovunque.
La scheda è simile al backplane, ma ne ho mostrata solo una parte. In effetti, è ben oltre 300 mm x 300 mm. La traccia più lunga che ho su di essa è di circa 250 mm, dovrebbe passare a 100 Mhz (LVDS)
@SomethingBetter, a quelle velocità e distanze, ignora quello che ho detto su "puoi farla franca con molto". Stai decisamente facendo la cosa giusta progettando attentamente per un'impedenza controllata e terminazioni pulite.


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Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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