Kombinationsdesign och analys

Nyckelresultat

• Genomgång av stripline-överföringsstrukturer

• De fyra grundläggande stegen i routing av stripline-överföringsledningar

• Hur PCB-konstruktion CAD-verktyg kan hjälpa till med routning av transmissionsledningar

Kretskortstekniken fortsätter att växa och expandera

Som den processorteknik som används i kretskort fortsätter att utvecklas, så gör också behovet av att leda deras kretsar med allt högre hastigheter. I takt med att varje ny iteration av processorer introduceras blir signalomkopplingshastigheterna högre, vilket i sin tur kräver större omsorg om hur dessa signaler leds på kretskortet. Med de högre klockhastigheterna och kortare övergångstider för dessa kretsar måste många anslutningar som tidigare var obehindrat ledda nu behandlas som höghastighetsöverföringsledningar.

För att korrekt leda dessa överföringsledningar med sina höghastighetsomkopplingar måste ledningsdragningen på kretskortet ha sin impedans noggrant kontrollerad. Detta kräver att strukturen på överföringsledningarna genom kretskortet är mycket konsekvent för att förhindra att någon del av signalen reflekteras. Dessa signalreflektioner kan orsaka brus på ledningen och i slutändan försämra kretsens prestanda. För att förhindra problem som dessa krävs att man ställer in kretskortets lageruppbyggnad och routingregler för stripline-överföringsledningar i kretskortet, vilket vi kommer att utforska här mer i detalj.

Stripline in Review

Stripline-routing är kretskortets lagerkonfiguration som gör det möjligt för ett internt spårroutingskikt att ligga insprängt mellan två jordplansskikt. Genom att noggrant styra tjockleken och den dielektriska konstanten (Dk) hos det isolerande materialet mellan routningslagret och planlagret kan man skapa spår med en viss bredd och koppartyngd som fungerar vid en viss impedans. Detta kallas kontrollerad impedansrouting och krävs ofta när man rotar transmissionsledningar på ett kretskort för att eliminera eventuella signalreflektioner.

En annan konfiguration av transmissionsledningsrotering är känd som mikrostrip, som liknar stripline-routing förutom att mikrostrip rotas på ett yttre lager av kretskortet. Med denna konfiguration finns det bara ett referensplan och ett isolerande dielektrikum under det ytliga routingskiktet. Utan samma mängd avskärmning ovanför och nedanför routing som stripline har, erbjuder mikrostrip inte samma nivå av isolering. Dessutom förändras impedansberäkningen på grund av luftens Dk-värde genom att spåren exponeras i stället för att vara insprängda mellan plan. Detta är anledningen till att microstrip routing vanligtvis är bredare än stripline.

Då stripline routing är väl isolerad mellan dielektriska och plana skikt strålar transmissionsledningarna dock inte lika mycket energi som med microstrip. Detta möjliggör mindre och tätare ledningar. Dessutom ger stripline-konfigurationen ett bättre skydd mot inkommande angreppssignaler som kan skapa störningar. Därefter ska vi titta på de fyra grundläggande stegen för stripline-överföringsledningsrouting.

PCB-routing under komponenterna

Routing av stripline-överföringsledningar

Det finns fyra grundläggande steg som man måste ta hänsyn till för att lyckas med routing av stripline-överföringsledningar:

• Lagerstapelning: Du måste först skapa en lageruppsättning på kortet för att kunna använda en stripline-konfiguration för att dirigera överföringsledningar. Det är inte bara ett dedikerat routingskikt mellan två jordplan som måste specificeras, utan även de dielektriska materialen och deras bredder måste planeras. Detta är viktigt för nästa steg.

• Impedansberäkningar: PCB-layoutteamet kommer att behöva information om kretskortets lageruppbyggnad för att korrekt beräkna bredden på de kontrollerade impedanslinjerna. Genom att ange de material på kretskortet som kommer att användas tillsammans med deras bredder kan kalkylatorn bestämma den korrekta spårbredden för målimpedansvärdena.

• Routing: Överföringsledningar måste isoleras från andra typer av signalvägar, så se till att du ställer in dina konstruktionsregler så att du får tillräckligt med utrymme för dessa ledningar. Andra signaler kan använda samma lager, de måste bara hålla sig borta från höghastighetsöverföringsledningarna för att bevara signalintegriteten hos dessa ledningar.

• Ground planes: När du lägger dina överföringsledningar, se till att du inte lägger dem över brott i jordplanet. Överföringsledningarna kräver ett oavbrutet planskikt för en ren och direkt signalreturväg. Eventuella avbrott i planlagren på grund av delade plan, utskärningar eller till och med en massa vias kommer att leda till att retursignalen vandrar runt i planet och skapar brus på vägen.

När du har kommit till den här punkten är du redo att börja routa dina stripline-överföringsledningar. Beroende på behovet finns det olika typer av stripline-routingkonfigurationer som du också kan använda. I vissa fall kan du behöva att routingen är förskjuten mellan referensplanerna, eller kopplad ihop med en annan signal. Du kan se några exempel på dessa i illustrationen nedan.

Några exempel på stripline-routingstrukturer

Vad du behöver i dina konstruktionsverktyg för stripline-routing

Nästkommande fråga är hur dina verktyg för kretskortskonstruktion kan hjälpa dig med striplineöverföringslinjesträning? Det finns många funktioner i PCB-designverktygen som skulle vara till stor hjälp, till att börja med förmågan att arbeta direkt med din tillverkare för att importera information om kretskortets lagerstapling. Genom att använda dataformatet IPC 2581 kan din tillverkare skicka dig sin föredragna lageruppbyggnad med material, bredder och lagerkonfigurationer. Du kan sedan använda samma protokoll för att skicka tillbaka dina färdiga kartongfiler för tillverkning och montering. Impedansräknare som är inbyggda i konstruktionsverktygen skulle också vara till hjälp, liksom konstruktionsregler och avancerade redigeringsfunktioner för routing och skapande av jordplan.

Tursamt nog är den här nivån av sofistikerade konstruktionsverktyg inte något som du behöver vänta på, utan den finns redan tillgänglig för dig på marknaden idag. Ett exempel på ett PCB-designsystem som har alla de funktioner och möjligheter som vi har talat om här är från Cadence. OrCAD PCB Designer har verktygen och funktionaliteten för att på ett sakkunnigt sätt ta din konstruktion från koncept till slutliga tillverkningsfiler, samt hjälpa dig med din stripline-överföringsledning. Med OrCAD har du tillgång till bibliotek, schemafångst och SPICE-verktyg samt alla PCB-layoutfunktioner som du behöver för att lyckas.

Om du vill veta mer om hur Cadence har lösningen för dig, prata med oss och vårt expertteam.

Om författaren

Cadence PCB-lösningar är ett komplett designverktyg från framsida till baksida för att möjliggöra snabbt och effektivt produktskapande. Cadence gör det möjligt för användarna att exakt förkorta designcyklerna och överlämna dem till tillverkningen genom modern IPC-2581 industristandard.

Följ på Linkedin Besök webbplatsen Mer innehåll från Cadence PCB Solutions