Die wachsende Nachfrage nach fortschrittlicher Elektronik treibt Innovationen bei den Fähigkeiten und der Leistung von Leiterplatten voran. Schaltungsentwickler arbeiten heute routinemäßig mit höheren Signalgeschwindigkeiten. Hochgeschwindigkeitssignale, einmal eine gelegentliche Herausforderung, werden zum Standard in Leiterplattenlayouts. Eine einwandfreie Übertragung von Hochgeschwindigkeitssignalen erfordert, dass Designer die Best Practices für das Routing von Leiterbahnen auf Platinen verstehen. Spuren können nicht mehr ausschließlich nach ästhetischen oder finanziellen Gesichtspunkten verlegt werden. Die Priorität besteht nun darin, optimale Trace-Pfade zu erstellen, um die Signalintegrität sicherzustellen und Leistungsprobleme zu minimieren. Um das zu erreichen, Designer müssen das Wissen über PCB-Übertragungsleitungen beherrschen. In diesem Blog, Wir stellen die Arten der verwendeten Übertragungsleitungen vor, besprechen Sie ihre Bedeutung, und geben Sie bevorzugte Layoutmethoden an.
Was ist eine PCB-Übertragungsleitung??
Eine Leiterplatten-Übertragungsleitung transportiert Signale zwischen Sendern und Empfängern auf einer Leiterplatte. Es besteht aus zwei Leitern – eine Signalspur und einen Rückweg, typischerweise eine Grundebene. Die Leiter sind durch eine dielektrische Schicht getrennt. Hochfrequente Wechselströme zeigen eine Wellenausbreitung auf Übertragungsleitungen. Eine Schlüsseleigenschaft ist die an jedem Punkt entlang seiner Länge, Die Leitung hat eine Impedanz. Außerdem, wenn die Linienabmessungen nicht variieren, diese Impedanz bleibt gleichmäßig. Eine solche Leiterbahn wird als Übertragungsleitung mit kontrollierter Impedanz bezeichnet. Ungleichmäßige Impedanzen führen zu Signalreflexionen und Verzerrungen. Also für hohe Frequenzen, Durch die Steuerung der Leiterbahnimpedanz wird das Signalverhalten vorhergesagt.
Arten von PCB-Übertragungsleitungen
Beim Entwurf von Leiterplatten, Für die flächendeckende Signalübertragung müssen Ingenieure vor allem drei Optionen in Betracht ziehen:
- PCB-Mikrostreifen
Die Mikrostreifen-Übertragungsleitung besteht aus einer einzelnen Leiterbahn, die als Signalträger fungiert, über eine Referenzmasseebene geleitet. Diese Referenzebene, befindet sich typischerweise auf einer der äußeren Schichten des PCB-Stackup, stellt den Rückweg direkt unter der Signalspur bereit. Aufgrund der einfachen Zugänglichkeit verlaufen Mikrostreifen am häufigsten entlang der Außenschichten, jedoch, Es ist auch möglich, diese Leiterbahnen in innere Plattenschichten einzubetten. Die Referenzebene für einen internen Mikrostreifen befindet sich immer noch auf einer angrenzenden Außenschicht. Microstrips ermöglichen ein einfaches Routing für Single-Ended-Signale, Designs mit hoher Leiterdichte, und Eignung für oberflächenmontierte Komponenten.
- PCB-Streifenleitung
Bei Streifenleitungsübertragungsleitungen wird eine verlegte Leiterbahn zwischen zwei Referenzmasseebenen eingeschlossen, in den dielektrischen Schichten der Platine enthalten. Dieser Aufbau bietet Rückstrompfade sowohl oberhalb als auch unterhalb des Signalträgers. Die zusätzliche Abschirmung aus zwei Ebenen verleiht Streifenleitungen im Vergleich zu Mikrostreifenleitungen eine natürliche Immunität gegenüber elektromagnetischen Störungen. Streifenleitungen zeichnen sich durch eine hervorragende Vielseitigkeit aus – Spuren können näher an der einen oder anderen Referenzebene positioniert werden, um die Leistung zu optimieren, und mehrere Leiterbahnen können parallel zwischen den Ebenen verlegt werden. Die größeren Referenzebenen fördern zudem eine bessere Signalübertragungsqualität. Streifenleitungen weisen im Vergleich zu Mikrostreifenleitungen eine komplexere Herstellung auf, ermöglichen aber ein hervorragendes Hochgeschwindigkeitssignal.
- Koplanare Übertragungsleitungen
Die koplanare Übertragungsleitung platziert die Signal-Hin- und Rückwege auf derselben PCB-Schicht. Es besteht aus einer zentralen Signalspur, die von zwei breiteren Masseebenen flankiert wird, mit Abstandsspalten, die die Leiter trennen. Alle koplanaren Elemente verlaufen über das dielektrische Material der Platine. Präzise Kontrolle der Lücken zwischen den Spuren, Bodenebenen, und Ebenenbreiten ist zwingend erforderlich Zielimpedanzen erreichen. Koplanarleitungen werden im Vergleich zu Mikro- oder Streifenleitungen seltener verwendet, bieten aber einige Vorteile wie eine einfachere Impedanzanpassung und das nicht erforderliche Bohren von Durchkontaktierungen. Ihre Freilegung erleichtert auch die Sondierung für Messungen. Allerdings haben Koplanare engere Fertigungstoleranzen und bleiben ohne Abschirmungsebenen anfällig für elektromagnetische Störungen.
Die Bedeutung von Übertragungsleitungen in Leiterplatten
Da elektronische Geräte und Schaltkreise zu schnelleren Schaltgeschwindigkeiten und höheren Frequenzen drängen, Die Berücksichtigung von Übertragungsleitungseffekten in PCB-Layouts wird von entscheidender Bedeutung. Bei Mikrowellenfrequenzen, die Gigahertz-Bereiche erreichen, Spuren können nicht mehr einfach als Verbindungen zwischen Punkten behandelt werden. Lieber, Die Gesetze der elektrischen Ausbreitung schreiben vor, dass Signale basierend auf der Impedanz der Leiterbahngeometrie reflektiert und erklingen. Wenn diese Effekte nicht kontrolliert werden, kommt es zu verzerrten Signalen, Elektromagnetische Interferenz, und unzuverlässiger Schaltungsbetrieb. Durch die ordnungsgemäße Implementierung von Übertragungsleitungen – mit kontrollierten Abmessungen und Abständen, um die angestrebten charakteristischen Impedanzen zu erreichen – können Leiterplattenentwickler Signale perfekt von der Quelle zur Last übertragen. Fachkenntnisse im Bereich Übertragungsleitungen, ob Mikrostreifen, Streifenleitung, oder koplanare Konstruktionen, hilft, Signalverschlechterungen zu verhindern und ermöglicht gleichzeitig modernste Technologien. Mit den heutigen Trends der Miniaturisierung und ständig steigenden Frequenzen, Ein Verständnis von PCB-Übertragungsleitungen ist eine grundlegende Fähigkeit für die Entwicklung von Hochgeschwindigkeitsleitungen, Hochfrequenz-Leiterplatten.
Tipps zum Entwurf einer Übertragungsleitung
Bei Übertragungsleitungen ist die Kontrolle der charakteristischen Impedanz entlang der gesamten Leiterbahnlänge von größter Bedeutung. Andernfalls kommt es bei hohen Frequenzen zu störenden Signalreflexionen, Beeinträchtigung der Datenübertragung. Durch Anpassen der Leitungsbreiten, um Zielimpedanzen zu erreichen, Designer schaffen präzise Verbindungen. Online-Rechner, CAD-Tools mit integrierten Taschenrechnern, oder sich von Leiterplattenherstellern beraten zu lassen, vereinfacht das Erreichen genauer Impedanzziele, welche Standards mögen IPC-2581 auch erleichtern.
Mit impedanzkontrollierten Leiterbahnen, Zusätzliche Designpraktiken optimieren Layouts:
Vermeiden Sie überfüllte Gebiete – Verhindern Sie Impedanzdiskontinuitäten, indem Sie Leitungen von engen Räumen weg verlegen. Risse oder Brüche in Leiterbahnen stören den Rückstrompfad.
Verwenden Sie eine Ebene – Minimieren Sie vertikale Übergänge, indem Sie hauptsächlich eine Schicht verwenden, um die Impedanzkontrolle und den Zugriff auf die Referenzebene zu erleichtern.
Vias hinzufügen – Wenn eine Übertragung zwischen den Schichten unvermeidbar ist, Platzieren Sie Durchkontaktierungen neben Leiterbahnen als Massereferenzen, um den Rückweg aufrechtzuerhalten.
Halten Sie Paare zusammen – Leiten Sie Differentialpaare gemeinsam auf demselben Pfad weiter, um die Leitungslängen anzupassen, Vermeiden Sie Hindernisse wie Durchkontaktierungen, die Signale verzerren können.
Im Wesentlichen, Übertragungsleitungen mit kontrollierter Impedanz erfordern eine sorgfältige Planung und Auslegung, um makellose Signale bei hohen Frequenzen zu liefern. Es gibt unzählige Ressourcen, um Leiterbahngeometrien und -abstände für Zielimpedanzen vor dem Routing genau zu entwerfen. Nach Berechnung, Es ist darauf zu achten, dass die Linien konsequent und kontinuierlich umgesetzt werden. Die heutigen Signalgeschwindigkeiten erreichen den Mikrowellenbereich, Das Fachwissen im Umgang mit impedanzangepassten Übertragungsleitungsprinzipien zeichnet unschätzbare Fähigkeiten im PCB-Design aus. Die Beherrschung von Leiterbahnen mit kontrollierter Impedanz und die Reduzierung von Diskontinuitäten ermöglicht die zuverlässige Weiterleitung von Hochfrequenzsignalen.
Einpacken
Abschließend, Das Verständnis der Grundlagen von Übertragungsleitungen befähigt Designer von gedruckten Schaltungen. Die Impedanzkontrolle über die gesamte Leiterbahnlänge ist von größter Bedeutung; Diskontinuitäten stören die Signalintegrität. Durch die Berechnung physikalischer Abmessungen für Zielimpedanzen, Einheitliche Verbindungen übertragen zuverlässig Hochgeschwindigkeitsdaten.
Bitte wenden Sie sich an uns bei offenen Fragen zu diesem wichtigen PCB-Layout-Thema. Ob es sich um Impedanzberechnungen handelt, Übertragungsleitungskonfigurationen, Routing-Methoden, oder Bedenken hinsichtlich der Signalintegrität, Wir unterstützen Sie gerne bei Ihrem Streben nach Fachwissen.
