Correspondência de impedância e larguras grandes de rastreio

Atualmente, estou trabalhando em um projeto no qual um dos meus ICs especifica o uso de um rastreamento de 50 ohm. A resposta a esta pergunta, Impedância característica de um rastreamento , mostra que um rastreamento de 120 mil é necessário para obter essa impedância.

O IC só tem espaço para traços de 18,8 mil, e isso não está assumindo espaço entre os traços. Então, como posso realmente projetar com essa impedância de rastreamento em mente? Obviamente, posso diminuir a espessura da placa ou aumentar a altura do cobre, mas apenas até certo ponto e gostaria que isso fosse fabricado por um pouco mais barato. Como isso geralmente é tratado?

O IC que estou usando é o MAX9382, que pode operar até 450 MHz, provavelmente o usarei em torno de 400 a 450 MHz. Os dados que estão sendo usados ​​são inicialmente analógicos, mas precisam ser muito limitados para se tornarem digitais para serem usados ​​com esse IC.

Use um empilhamento de 4 camadas.

O cálculo da largura de rastreamento necessária não faz sentido, a menos que exista um plano de solo sólido, com um design de duas camadas, você pode precisar rotear traços do outro lado, o que estraga sua impedância se eles chegarem perto do traço.

Em 450Mhz, você realmente deve ter planos de força e terra sólidos, contínuos e adequadamente separados. Isso melhorará o desempenho do ruído, os problemas de EMI, oferecerá um melhor controle de impedância, etc. Fabricar uma placa de 4 camadas não é muito mais caro do que uma camada 2.

Use uma camada 4 como:

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

O espaçamento pode mudar um pouco com base na sua escolha de espessura de cobre.

Isso lhe dará algo como 10-20mil para o seu traçado de 50ohm no Sinal 1/2, dependendo da espessura dielétrica e do cobre final nas camadas de Sinal.

Você não precisa se preocupar com a impedância de rastreamentos PCB muito curtos como parte de um rastreamento mais longo. Portanto, você terá um traço mais fino diretamente ao lado do chip. Mas se o traço precisar percorrer alguma distância, será necessário ajustar a espessura do traço à medida que se afasta do chip. Você apenas "espalhará" a largura do traço para longe do chip. É assim que eu sempre vi isso acontecer.

Isso não é diferente dos conectores de qualquer linha de transmissão. A impedância de um único elemento curto pode ser um pouco menor, mas é pequena quando comparada à linha de transmissão geral.

Muitas vezes, ter traços excessivamente amplos pode causar problemas com a capacidade do mesmo. Tornar o traço mais fino reduzirá a capacitância. É claro que ter traços mais finos atrapalha a impedância.

Se o empilhamento de PCB for feito de maneira diferente, onde a camada de sinal estiver mais próxima do plano de potência / gnd, o traço poderá ser mais fino, mantendo a impedância adequada. Em um PCB de multicamadas, isso só funciona quando o sinal também está em uma camada interna - dificultando a impedância e a capacitância adequadas em uma camada externa.

O resultado final é que tudo é um compromisso. Eu costumo executar esses sinais em camadas internas com empilhamento de PCBs otimizados - mas, em seguida, mantenho os traços magros e muito curtos quando é necessário ir para uma camada externa para obter um chip.

Em um PCB de 2 camadas, é muito difícil ter a impedância adequada em traços estreitos - então eu geralmente não me incomodo. Se a impedância for crítica, irei a pelo menos um PCB de 4 camadas.

Você pode rotear o traçado de referência adjacente junto com seus sinais? Foi-me dito que trigêmeos roteados, ou até mesmo dicas, se você não pode encaixar trigêmeos, etc. às vezes podem funcionar em situações como a sua, se você não tiver um plano próximo para se referir. Se você possui um par de diferenças, ele pode ser mais como um quad, com referências / retornos adjacentes do lado de fora dos dois lados do par de diferenças. O mesmo mentor sugere que uma placa de duas camadas deve ser tratada como duas placas não relacionadas devido ao espaço entre as camadas, e referências / retornos roteados são o caminho a percorrer se não for possível obter mais camadas.

Eu estava errado sobre o quad para um par diff. Minhas anotações das apresentações relevantes dizem usar um trigêmeo, com uma referência entre os dois sinais do par de diferenças. Ainda procurando / aguardando cálculos de impedância dessa maneira. Disseram-me que ele estava procurando em qual livro de RF / Microondas eles estão, ele tem vários deles.

Primeiro, descubra se é um requisito real. A que distância isso deve ser mantido? Se for um sinal gravemente de alta velocidade (observe a taxa de borda comparada à duração do traço), pode ser necessário realizar algumas simulações. A referência de Howard e Johnson que está na resposta à sua pergunta vinculada é um ótimo recurso para esse tipo de coisa.

Se o requisito for real, então descubra muita tolerância (provavelmente o seu quadro de bordo pode chegar a +/- 10% do que você pede, então leve isso em consideração).

EDIT: olhando para a sua parte que você postou agora, você está no território de "requisitos reais".

Bordas 80ps são muito rápidas! A "frequência do joelho" na qual o harmônico começa a cair rapidamente é superior a 6GHz. Assumindo que o atraso de propagação é de cerca de 66% da velocidade da luz, 80ps é 16mm. A regra geral é que qualquer coisa maior que 1 / 4-1 / 6 do tempo de transição precisará ser tratada como uma linha de transmissão, o que significa qualquer vestígio maior que alguns mm!

Eu hesitaria em tentar isso em uma placa de 2 camadas sobre qualquer diferença sem fazer alguma simulação.

Você provavelmente precisará usar várias camadas para aproximar o plano de referência do traço, permitindo que traços mais finos atendam às especificações de impedância. (EDIT: Como apontado nos comentários, você pode fazê-lo em 2 camadas, mas terá uma placa muito fina!)

Como alternativa, você pode criar uma estrutura de guia de onda coplanar em 2 camadas, o que pode fornecer a impedância que você está procurando. Ou talvez aumente a resistência de terminação, o que significa alterar a impedância de rastreamento para corresponder, o que significa um rastreamento mais fino. O AppCAD pode ajudá-lo a jogar com parâmetros para essas opções.

Parece divertido :)