Планирование печатной платы: целостность сигнала и контроль импеданса. Часть 2

автор Джон Стейнар Джонсен (John (Josse) Steinar Johnsen), ELMATICA |

Давайте поговорим о перекрестных помехах

Другой проблемой как для EMI, так и для целостности сигнала являются перекрестные помехи. Перекрестные помехи – это соединение с соседними сигналами, соединение заземления или питания, которое не планировалось. Обычно перекрестные помехи являются основной проблемой с кабелями, но они могут происходить и на уровне печатной платы. Обычно решением этой проблемы может быть увеличение пространства между критическими линиями. Но в некоторых случаях, пространство может быть использовано для менее критических линий. Увеличение пространства – в общем очень полезно, когда соединение падает с квадратом расстояния изоляции. Увеличение пространства из-за перекрестных помех может также быть проблемой по z-оси печатной платы.

Начиная новую разработку печатной платы, проектировщики должны начинать коммуникацию с производителем на очень ранней стадии проектирования. Начните с названия/количества печатных плат, а следующая коммуникация может быть связана с тем, к чему они относятся. Не обсуждайте другие платы в одном сообщении. К сожалению, зачастую это случается и приводит к непониманию и дополнительной работе.

Когда вам, как проектировщику, нужна структура слоев, чтобы начать маршрутизацию, вам нужна некоторая информация, чтобы передать инженерам на производстве печатных плат, чтобы они имели основу для начала работы. Обратно вы получаете структуру слоев со значениями вашего импеданса, которые вы можете использовать в вашей программе CAD.

Сильными сторонами производителей печатных плат традиционно были:

  • Знание материалов печатных плат
  • Покрытия
  • Сверление отверстий
  • Металлизация
  • Травление
  • Обработка поверхности
  • Механическая конечная обработка

Времена изменились и сегодня электрическая инженерия является частью того, что вы получаете от производителя. Электрические требования, такие как импеданс, емкость панелей, перекрестные помехи и электрическое тестирование, - это знания, которые вы найдете в инженерном отделе производителя печатных плат, который может работать с продвинутыми печатными платами. Это вместе с вашими собственными знаниями и умениями – лучшая комбинация для создания успешной структуры слоев и хорошо работающей платы.

Знание различных видов покрытий, типов стекловолокна, процентного содержания смол в процессе производства – все это примеры тех знаний, которыми лучше всех обладают производители печатных плат.

Структура слоев с требованиями к импедансу

Рис.6 показывает пример структуры слоев, которая отражает сверление и отверстия – информация, которую производитель должен получить до проработки окончательной структуры слоев. Эта информация скажет производителю, что следующие слои будут с медным покрытием в дополнение к травлению. И что некоторые слови также нужно будет покрыть 2-3 раза, если на них есть комбинация механически и лазерно просверленных отверстий. Также это проинформирует, что некоторые отверстия должны быть закрыты медью.  Рис.6 также показывает общее количество слоев и где будут размещены сигнальные и панельные слои.

В дополнение нужна еще следующая информация:

  • Окончательная толщина печатной платы
  • Какой импеданс присутствует на различных сигнальных слоях (одиночные или дифференциальные пары) и соответствующие слои
  • Предпочтительный минимум ширины дорожек. Это важная информация для производителя, чтобы дать правильные размеры ширины дорожек из-за HDI или компонентов с очень маленьким шагом выводов, используемых в вашей ПП.
  • Если существуют минимальные промежутки между слоями из-за перекрестных помех или других электрических причин.
  • Если у вас есть предпочтения по материалам, будь это специальные материалы или материалы, заблокированные IPC 4101/(подгруппа), вы должны упомянуть об этом.
  • Общий размер печатной платы

Рис. 6: Пример структуры слоев.

Что вы можете ожидать получить от производителя:

  • Полная структура слоев с толщиной меди и диэлектрика, ВОМ (список материалов)
  • Ширина дорожек, которую вы должны использовать на ваших импедансных дорожках
  • Расстояние между импедансными дорожками (дифференциальные пары)
  • Расчет результатов, приведенных выше.

Теперь вы можете начинать создание принципиальной схемы. Вот подсказка: делайте ваши импедансные дорожки видимыми для производителя. Вы можете иметь большинство соединений, проложенных, например с 100 μm, но если есть хотя бы несколько односторонних дорожек той же ширины, производитель не сможет отделить их от остальных. Что вы можете сделать, это установить ширину критических односторонних дорожек чуть выше или ниже значения (например, 99 μm или 101 μm). Это изменение такое маленькое, что не окажет влияния на производство, но теперь производитель сможет отличить эти дорожки от других.

Как проектировщик, вы должны знать, что структура слоев, которую вы получили от производителя, со значениями, используемыми вами для маршрутизации, не окончательная. На той стадии, когда ваша схема готова и вы хотите, чтобы ваша печатная плата была произведена, в большинстве случаев обязательно возникнут какие-нибудь технические проблемы со значениями импеданса, запрашиваемыми производителем ПП. Это по очевидным причинам вызвано тем фактом, что производитель не имеет доступа к вашим производственным данным (Gerber, ODB++, IPC-2581…) на той стадии, когда структура слове выполнена.

Когда производитель получил ваши производственные данные, он делает расчет процентного соотношения меди, которую вы используете на ваших сигнальных и панельных слоях. Это повлияет на используемые типы и препреги, и окажет влияние на импеданс.

Производитель проинформирует вас через технические запросы о том, что некоторые изменения должны быть выполнены, чтобы получить требуемый вами импеданс. Эти изменения обычно являются очень незначительными изменениями ширины дорожек или  расстояний, и в большинстве случаев принимаются без особых споров. Если нужны изменения в препрегах, что приведет к изменению содержания смол, это также изменит значение диэлектрической постоянной и будет учитываться при пересчете импеданса.

Для проектировщика самое главное – получить требуемый импеданс, и когда вопрос заходит об этих незначительных изменениях, я считаю, что производитель лучше знает, что делать.

Я часто составляю стартовые структуры слоев для проектировщиков и я часто использую ICD планировщик структуры слоев от In-Circuit Design. Чаще всего я вижу, что большинство производителей печатных плат используют программное обеспечение от Polar Instruments.

Мой последний совет для вас: начинайте. Общайтесь с вашим производителем печатных плат и не забудьте включить список сетей в ваши производственные данные по печатной плате. Наслаждайтесь чудесным миром печатных плат!

 

Источник: Журнал PCB Magazine Октябрь 2017

Джон Стейнар Йонсен (Йоссе) (John Steinar Johnsen (Josse)) – старший технический советник в Elmatica.

Назад