Контролируемый импеданс при наличии переходных и сквозных компонентов (PTH)

У нас есть несколько дорожек контролируемого импеданса на слое 4 платы. Слой 3 — это плоскость GND. Слой 5 представляет собой плоскость 3,3 В. Обе плоскости сплошные (заполняют весь слой), за исключением переходных отверстий и отверстий.

На этой печатной плате много отверстий, потому что у нас много сквозных разъемов. Смотрите не очень красивую картинку ниже:

следы, проходящие через отверстия

Белые кружки — это отверстия в печатной плате. У меня вопрос, как все эти отверстия влияют на импеданс дорожек? Существует ли минимальное расстояние, которое должно поддерживаться от отверстий, чтобы гарантировать, что импеданс находится в пределах указанных допусков (например, 100 Ом +-% 5-10 для дифференциальных линий)

Еще один похожий вопрос: рассмотрите картинку ниже:

трассы над соответствующими плоскостями

Предположим, что слой 3, слой плоскости GND, теперь разделен на 2, один раздел AGND и один раздел DGND. Сохраняют ли дорожки, проходящие полностью на одном плоском слое (как на рисунке), контролируемое значение импеданса? Есть ли предел тому, насколько близко они могут подойти к краям плоскостей, прежде чем начнут проявляться отклонения от целевого характеристического импеданса?

У меня нет времени, чтобы дать на это ответ, которого он заслуживает, но я скажу одну вещь. Не прокладывайте дорожки между разными плоскостями заземления. Это плохо.
Между наземными плоскостями? Да мы так не делаем. Но интересно, как две ситуации, описанные выше, влияют на характеристическое сопротивление.
@Kortuk: Как я уже сказал, мы НЕ пролетаем над наземными самолетами. Я был бы признателен, если бы вы прокомментировали две другие ситуации, описанные выше, вместо того, чтобы беспокоиться о том, что я пройду через две плоскости :) (Эффект сквозных площадок и эффект разделения плоскостей в случае, если я не пересекая их)
"да, мы этого не делаем." Я пропустил нет. Не беспокойтесь, комментарий был добавлен для широкой публики, хотя другие тоже могут узнать. Я должен найти свою копию высокоскоростного цифрового дизайна, чтобы дать вам четкий ответ, и я только недавно переехал.
Как говорит Кортук, здесь, вероятно, поможет High Speed ​​Digital Design .
@SomethingBetter, я провел с этим некоторое время, у меня есть некоторые идеи о том, какое влияние это окажет, но мне действительно нужно создать некоторые вычислительные модели, чтобы рассказать вам больше, чем другие уже сказали вам.

Ответы (3)

Если высота между трассой сигнала и плоскостью земли равна h , справедливое эмпирическое правило состоит в том, чтобы все потенциальные возмущающие элементы находились на расстоянии не менее 3 часов от ваших трасс. Если вы можете справиться с большим разделением, это даже лучше.

Кроме того, если длина трассы меньше 1/10 длины волны на интересующих вас частотах, определяемая временем нарастания и спада ваших цифровых сигналов, помните, что, вероятно, не имеет большого значения, что вы делаете. Это длина трассы 1,4 метра на частоте 10 МГц или 14 см на частоте 100 МГц. Если на вашем эскизе видны отверстия, расположенные через 0,1 дюйма, похоже, что площадь вашей платы меньше 1 дюйма, и вы можете работать с сигналами с частотой более 100 МГц, не беспокоясь о контролируемом импедансе и тщательных согласованиях.

Редактировать

Это не означает, что вы должны полностью игнорировать передовую практику проектирования и избавиться от заземляющего слоя или провести дорожки через слоты в заземляющем слое, как указано в комментариях ниже. Кроме того, приведенные выше значения расстояния (1,4 м и 14 см) скорректированы из моего первоначального ответа.

Хорошие эмпирические правила, но эта ситуация особенная, потому что есть и земля, и силовая плоскость, которые помогут минимизировать возмущения. Наивно, вы могли бы уменьшить требование до 2h или 1.5h , но, вероятно, было бы лучше отказаться от эмпирического правила в ситуациях, которые значительно отклоняются от нормы, подобной этой (нормой является плоскость заземления ниже трассы, и воздух сверху).
Кроме того, правило 1/10 длины волны применяется ко всей длине проводника. Учитывая, что эта печатная плата содержит много разъемов, я предполагаю, что это какая-то объединительная плата или интерфейсная плата, поэтому правило 1/10 будет применяться не только к этой плате, но и ко всей длине интерфейсных плат и/или подключенных кабелей.
@KevinVermeer, хорошие моменты. Однако в вашем первом комментарии правило 3 часов должно быть «безопасным», поэтому, если у него нет доступа к Hyperlynx или чему-то подобному, лучше придерживаться этого правила.
@ThePhoton, есть забавная история, рассказанная в высокоскоростном цифровом дизайне компании, которая следовала правилу 1/10 длины волны, но не учитывала индуктивность и емкость линии при проектировании, а также не использовала согласование. Кольцо было настолько высоким, что связь от одного к другому могла составлять более 50% или около того от исходного сигнала, а отскок сигнала при изменении состояния мог более чем удвоить сигнал.
@Kortuk, возможно, вы думаете об анекдоте из Johnson & Graham о компании, которая пыталась создать прототип ECL-процессора с использованием проволочной обмотки ... ... я забыл учесть диэлектрическую проницаемость материала печатной платы при расчете критических расстояний в мой ответ; Я пойду исправлю это.
@Kortuk, более вероятная ошибка, чем полное игнорирование L и C, заключается в разработке логического семейства с гораздо более быстрым временем нарастания и спада, чем необходимо, а затем вычислении критического расстояния от тактовой частоты, а не времени нарастания и спада. С другой стороны, тысячи и тысячи очень больших работающих дискретных логических схем когда-то разрабатывались без какой-либо мысли об управляемом импедансе или согласовании.
@ThePhoton, я согласен с тем, что когда люди проектируют, это была самая постоянная ошибка, которую я видел. Я просто знаю многих инженеров, которые думают, что если они находятся ниже расстояния линии передачи, они могут просто рассматривать его как идеальный провод и игнорировать проблемы индуктивности и емкости. Обычно не очень большой, но я везде являюсь поклонником терминации источника.
Плата похожа на объединительную плату, но я показал только ее часть. На самом деле, это намного больше 300 мм x 300 мм. Самая длинная дорожка, которая у меня есть, составляет около 250 мм, предполагается, что она будет переключаться на частоте 100 МГц (LVDS).
@SomethingBetter, на таких скоростях и расстояниях игнорируйте то, что я сказал о том, что «вам многое сойдет с рук». Вы определенно поступаете правильно, тщательно разрабатывая схему с контролируемым импедансом и чистыми выводами.

Характеристический импеданс трассы, микрополосковой или полосковой, определяется с учетом компоновки/геометрии печатной платы без переходных отверстий. При 3- кратном увеличении расчетной требуемой ширины трассы почти весь ( e -3 ) исходный сигнал рассеется.

Обратный путь сигнала важен для высокоскоростных течений. На высоких частотах ток следует по пути с наименьшей индуктивностью, а не с наименьшим сопротивлением, которым обычно является путь, ближайший к сигнальной дорожке. Плотность обратного тока падает обратно пропорционально 1+(D/H) 2 , в точке на расстоянии D единиц от трассы сигнала на обратном слое толщиной H единиц [1] .

Таким образом, необходимо обратить внимание на отношение D/H в дополнение к ширине дорожки W: держитесь на расстоянии 3xW и 4xH от трассы (4,36xH.. для рассеяния 95%).

[1] См. ур. 5.1, стр. 190 книги «Высокоскоростной цифровой дизайн» Х. Джонсона, М. Грэма.

Для первого вопроса я бы проанализировал плату в HyperLynx или аналогичном инструменте целостности сигнала после маршрутизации. Если бы у меня не было такого инструмента, я бы оставил расстояние до отверстия равным 20 милам или 4-кратному ширине дорожки, в зависимости от того, что больше.

Контролируемый импеданс при наличии переходных и сквозных компонентов (PTH)
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v