2. Конструкции печатных плат

Базовые разновидности печатаных плат: односторонние, двухсторонние, многослойные (МПП).

Для создания быстродействующих систем наиболее пригодны МПП:

• в многослойных печатных платах формируется практически полностью экранированная линия передачи.

• обеспечивается максимальная локализация электромагнитного поля, а следовательно, и максимальная точность расчетов электрических параметров через геометрию сечения.

• наличие большого числа слоёв позволяет реализовать практически любую топологию

Конструкции линий передач в печатных платах и в межблочных соединениях показаны на рис. 6.11. На рис. 6.12 показана общая модель линии передачи, а на рис. 6.13 модель линии передачи без потерь, которая приемлема до частот 1 ГГц.

Рис. 6.11. Конструкции линий передач и печатных плат

Модель линии передачи

Рис. 6.12. Модель элементарного отрезка линии передачи

Рис. 6.13. Модель линии передачи без потерь

Проектирование прямого и возвратного пути тока  двуединая задача!

Ток всегда течет по пути с наименьшим полным сопротивлением

Самостоятельная работа

Раздел 1.2.2. Раздел 3.1.1.

Контрольные вопросы

1. Основные электрические параметры микросхем.

2. Параметры помехоустойчивости (статические и динамические).

3. Разновидности конструкций линий передачи в конструкциях электронных средств.

4. Модель элементарного отрезка линии передачи.

Лекция 7. Линии передачи в монтажных соединениях

1. Параметры линий передач и методы их расчета

Первичные параметры модели линии передачи

• Сопротивление Rхарактеризует активные потери в линии, представляют собой сопротивление постоянному току, или токам низкой частоты. На высоких частотахсопротивление скин-слоя.

• Индуктивность L- определяется конструкцией линии и применяемыми материалами.

• Электрическая емкость Cопределяется также конструкцией линии и применяемыми материалами.

• Проводимость Gопределяется утечками в изоляционном материале линии.

Эффекты, влияющие на параметры R и L:

• скин-эффект (см. [1], раздел 2.2.5),

• эффект близости.

Сопротивление постоянному току равно

R=l/wt,

где удельное сопротивление,l длина проводника,wширина проводника,tтолщина проводника (17 или 35 мкм).

При скин-эффекте толщина равна толщине скин-слоя t=.

Для меди , мкм, если частота в МГц. На частоте 100 МГц толщина скин-слоя 6,6 мкм. Проводимость меди 5,610⁷См/м

Фундаментальная зависимость между LиCдля линий передач:

.

Это соотношение справедливо для квазистатического приближения (при малых значениях размера сечения линии по сравнению с длиной волны), что соблюдается в печатных платах).

Параметры среды распространения сигнала

  абсолютная диэлектрическая проницаемость,

_rотносительная диэлектрическая проницаемость,

₀ диэлектрическая постоянная 8,85 пФ/м,

  абсолютная магнитная проницаемость,

_rотносительная магнитная проницаемость,

₀магнитная постоянная 1,256 мкГн/м,

vскорость в произвольной среде,

v₀скорость света в вакууме.

Зависимость скорости распространения сигнала в диэлектрических средах определяется соотношениями

.

Вторичный электрический параметрдля электрически длинных линийволновое сопротивление:

, Ом.

, Ом

Это важнейший параметр скоростных печатных плат!

Удельное время задержкираспространения сигнала в линии передачи, нс/м.

Эффективная диэлектрическая проницаемость _eff усредненное значение для диэлектрической проницаемости кусочно-однородных сред (см. раздел 2.3.8 [1])

Примеры кусочно-однородных сред: наружный слой МПП (рис. 7.1).

В полосковой линии передачи среда однородна.

Рис. 7.1. Пример кусочно однородной среды в конструкции печатной платы

Методы расчета параметров линий передачи

• Строгие аналитическиеограниченный круг задач, имеющих малую практическую ценность.

• Аналитическиена основе метода конформных преобразованийудобны в инженерной практике, но имеются принципиальные ограничения.

• Численные методы:

  • метод граничных элементов,

  • метод конечных элементов (ELCUT).