Correspondance d'impédance et grandes largeurs de trace

Je travaille actuellement sur une conception dans laquelle l'un de mes circuits intégrés spécifie l'utilisation d'une trace de 50 ohms. La réponse à cette question, Impédance caractéristique d'une trace , montre qu'une trace de 120 mil est nécessaire pour obtenir cette impédance.

Le circuit intégré ne peut contenir que 18,8 mil de traces, ce qui suppose qu'il n'y a pas d'espace entre les traces. Alors, comment puis-je réellement concevoir avec cette impédance de trace gardée à l'esprit? Évidemment, je peux diminuer l'épaisseur du panneau ou augmenter la hauteur du cuivre, mais seulement dans une certaine mesure et je voudrais que cela soit fabriqué à peu de frais. Comment cela est-il généralement traité?

L'IC que j'utilise est le MAX9382 qui peut fonctionner jusqu'à 450 MHz, je l'utiliserai probablement autour de 400-450 MHz. Les données utilisées sont initialement analogiques, mais doivent être strictement limitées pour devenir numériques afin d'être utilisées avec ce CI.

Utilisez un cumul de 4 couches.

Le calcul de la largeur de trace nécessaire est inutile à moins qu'il n'y ait un plan de masse solide en dessous, avec une conception à 2 couches, vous devrez peut-être router les traces de l'autre côté, ce qui ruine à peu près votre impédance si elles se rapprochent de votre trace.

À 450 MHz, vous devriez vraiment avoir des plans d'alimentation et de masse solides, continus et correctement découplés. Cela améliorera les performances de bruit, les problèmes EMI, vous donnera un meilleur contrôle de l'impédance, etc. Fabriquer une carte à 4 couches n'est pas beaucoup plus cher qu'une 2 couches.

Utilisez un calque 4 comme:

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

L'espacement pourrait changer un peu en fonction de votre choix d'épaisseur de cuivre.

Cela vous donnera quelque chose comme 10-20 mil pour votre trace de 50 ohms sur le signal 1/2 en fonction de l'épaisseur finale du diélectrique et du cuivre sur les couches de signal.

Vous n'avez pas à vous soucier de l'impédance de très courtes traces de PCB dans le cadre d'une trace plus longue. Vous aurez donc une trace plus fine directement à côté de la puce. Mais si la trace doit parcourir n'importe quelle distance, vous devez ajuster l'épaisseur de la trace lorsqu'elle s'éloigne de la puce. Vous "étalerez" simplement la largeur de trace loin de la puce. C'est ainsi que je l'ai toujours vu faire.

Ce n'est pas différent des connecteurs d'une ligne de transmission. L'impédance d'un seul élément court peut être un peu moins, mais elle est faible par rapport à la ligne de transmission globale.

La présence de traces trop larges peut souvent entraîner des problèmes de capacité de la trace. Rendre la trace plus mince réduira la capacité. Bien sûr, avoir des traces plus minces gâche l'impédance.

Si l'empilement de PCB se fait différemment, où la couche de signal est plus proche du plan puissance / gnd, alors la trace peut être plus mince tout en ayant toujours l'impédance appropriée. Sur un PCB multicouche, cela ne fonctionne que lorsque le signal est également sur une couche interne, ce qui rend difficile d'avoir l'impédance ET la capacité appropriées sur une couche externe.

Le résultat final est que tout cela est un compromis. J'exécute généralement ces signaux sur des couches internes avec des empilements de PCB optimisés, mais je garde les traces maigres et très courtes quand il faut aller sur une couche externe pour arriver à une puce.

Sur un PCB à 2 couches, il est très difficile d'avoir l'impédance appropriée sur des traces étroites - donc je ne me dérange généralement pas. Si l'impédance est critique, j'irai vers au moins un PCB à 4 couches.

Pouvez-vous acheminer la trace de référence adjacente avec vos signaux? On m'a dit que les triplets routés, ou même les quints si vous ne pouvez pas adapter les triplets, etc. peuvent parfois fonctionner dans des situations comme la vôtre si vous n'avez pas de plan proche auquel vous pouvez vous référer. Si vous avez une paire de diff, cela pourrait ressembler davantage à un quad, avec des références / retours adjacents à l'extérieur des deux côtés de la paire de diff. Le même mentor suggère qu'un panneau à deux couches devrait être traité comme deux panneaux non liés en raison de l'espace entre les couches, et les références / retours routés sont la voie à suivre si plus de couches ne peuvent pas être obtenues.

J'avais tort sur le quad pour une paire de diff. Mes notes des présentations pertinentes disent d'utiliser un triplet, avec une référence ENTRE les deux signaux de la paire diff. Toujours à la recherche / en attente de calculs d'impédance de cette façon. On me dit qu'il cherche à trouver le livre RF / Micro-ondes dans lequel il se trouve, il en a un certain nombre.

Déterminez d'abord si c'est une vraie exigence. Sur quelle distance cela doit-il être maintenu? S'il s'agit d'un signal très haut débit (regardez le taux de front par rapport à la longueur de la trace), vous devrez peut-être effectuer une simulation. La référence Howard et Johnson qui se trouve dans la réponse à votre question liée est une excellente ressource sur ce genre de chose.

Si l'exigence est réelle, alors déterminez qu'il y a beaucoup de tolérance (votre fab de planche ne peut probablement obtenir que +/- 10% de ce que vous demandez, alors tenez-en compte).

EDIT: En regardant votre partie que vous avez maintenant publiée, vous êtes en territoire "réel besoin".

Les bords 80ps sont assez rapides! La "fréquence de genou" à laquelle l'harmonique commence à chuter rapidement est supérieure à 6 GHz. En supposant que le retard de propagation est d'environ 66% de la vitesse de la lumière, 80ps est de 16 mm. La règle générale est que tout ce qui dépasse 1 / 4-1 / 6 du temps de transition devra être traité comme une ligne de transmission, ce qui signifie toute trace de plus de quelques mm!

J'hésiterais à essayer ceci sur une carte à 2 couches sur toute différence sans faire de simulation.

Vous devrez probablement passer à plusieurs couches pour rapprocher le plan de référence de la trace, ce qui permet aux traces plus minces de répondre à la spécification d'impédance. (EDIT: Comme indiqué dans les commentaires, vous pouvez le faire en 2 couches, mais vous aurez alors une planche vraiment mince!)

Alternativement, vous pourriez être en mesure de construire une structure de guide d'onde coplanaire sur 2 couches qui peut fournir l'impédance que vous recherchez. Ou peut-être augmenter la résistance de terminaison, ce qui signifie changer l'impédance de trace pour correspondre, ce qui signifie une trace plus mince. AppCAD peut vous aider à jouer avec les paramètres de ces options.

Cela semble amusant :)