Андрей Трундов - Высокоскоростные печатные платы. Примеры применения правил сохранения целостности электрических сигналов и электропитания

© Андрей Васильевич Трундов, 2022

ISBN 978-5-0056-2789-6

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

В дополнение к ранее опубликованным материалам [1—9] по теме сохранения целостности электрических сигналов и электропитания, а также для подтверждения правильности принятых предположений, оформленных в виде правил и методик [9], в книге проведен анализ параметров линий передачи и проводников/полигонов электропитания.

Представленные здесь результаты, полученные в среде моделирования/анализа HyperLynx SI/PI Mentor (A Siemens Business) [10], могут стать наглядным пособием для начинающих радиолюбителей и опытных инженеров.

Благодарю руководство и сотрудников компаний Mentor (A Siemens Business) [10] и ООО «ПСБ СОФТ» – официального дистрибьютора фирмы «CADENCE Design Systems» в России [11] за помощь в создании книги и возможность познакомиться с программными продуктами HyperLynx SI, PI, Thermal и Sigrity для моделирования, проектирования и анализа печатных плат.

Благодарю сотрудников и выпускников кафедры «Радиотехника и Радиоэлектронные системы» ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет» за важные замечания и рекомендации, часть из которых были учтены при создании книги.

Благодарю интернет издательство «Ридеро» ООО «Издательские решения» за возможность делиться с читателем моим опытом и идеями.

Благодарю моих родителей, руководителей и учителей.

С целью анализа линий передачи с различными типами неоднородностей были разработаны представленные ниже конструкции печатных плат.

Рис. 1 Печатная плата с линиями передачи с индуктивными неоднородностями (L-типа)

Линия 1 – однородная линия передачи Х1-Х2

Линия 2 – линия передачи с изгибом в форме петли Х14-Х15

Линия 3 – линия передачи с изгибом под углом 45 градусов Х16-Х17

Линия 4 – линия передачи с изгибом под углом 90 градусов Х18-Х19

Линия 5 – линия передачи с расположением сигнального проводника в верхнем и нижнем слое с набором переходных отверстий Х20-Х21

Линия 6 – линия передачи с набором изгибов под углом 90 градусов (меандр) Х3-Х4

Рис. 2 Печатная плата с линиями передачи с емкостными неоднородностями (С-типа)

Линия 1 – однородная линия передачи Х1-Х2

Линия 2 – линия передачи с переменной шириной сигнального проводника Х3-Х4

Линия 3 – линия передачи с переходом из зоны с большим волновым сопротивлением в зону с меньшим волновым сопротивлением Х6-Х7

Линия 4 – линия передачи с переходом из зоны с меньшим волновым сопротивлением в зону с большим волновым сопротивлением Х10-Х11

Линия 5 – прямая линия передачи с прямоугольным вырезом в опорном слое Х16-Х17

Линия 6 – линия передачи с переменной шириной сигнального проводника с переходными отверстиями Х20-Х21

Рис. 3 Печатная плата с линиями передачи с комбинированными неоднородностями (LC – типа)

Линия 1 – линия передачи с Т – образным ветвлением (Х1-Х2,Х3)

Линия 2 – линия передачи с боковым ветвлением (Х4 – Х5,Х6)

Линия 3 – линия передачи с Т – образным ветвлением от одного источника на три нагрузки (Х7-Х8,Х9,Х10)

Линия 4 – линия передачи с боковым ветвлением от одного источника на 4 нагрузки (Х12 – Х13,Х14,Х15,Х16)

Линия 5 – линия передачи с ветвлениями разной длины (Х17-Х18,Х19,Х20,Х21)

Далее во всех примерах используется микрополосковая линия передачи. Другие типы линий передачи, включая дифференциальные линии, анализируются аналогичным образом и не будут рассматриваться в данной книге.

Ниже показано сечение однородной микрополосковой линии передачи с распределением силовых линий электрического и магнитного поля.

Рис. 4 Микрополосковая линия передачи

Параметры однородной микрополосковой линии передачи имеют следующий вид.

Рис.5 Полный набор характеристик однородной микрополосковой линии передачи

Рис.6 Набор числовых характеристик однородной микрополосковой линии передачи

Рис. 7 Параметры стека двухслойной печатной платы

Толщина верхнего и нижнего слоя металлизации равна 35 мкм. Толщина слоя диэлектрика равна 100 мкм. Верхний слой TOP является сигнальным слоем. Нижний слой Bottom является опорным слоем.

По ранее предложенным методикам [9] выполним расчет основных параметров и характеристик однородной микрополосковой линии передачи.

Это именно то, что можно сделать при помощи карандаша и бумаги без использования мощной среды моделирования/анализа конструкции печатной платы. Много это или мало, вы сможете оценить самостоятельно после прочтения книги.

В следующих главах представлены результаты анализа характеристик всех линий передачи, полученные в среде моделирования/анализа HyperLynx SI/PI Mentor (A Siemens Business).

Скорость распространения электромагнитной волны в линии передачи определяется типом линии и электрической проницаемостью диэлектрика.

В полосковой линии передачи сигнальный проводник полностью находится внутри диэлектрика. Скорость распространения электромагнитной волны может быть определена из выражения.