Современная электроника №9/2023

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 40 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 9 / 2023 Методырасчёта волнового сопротивления линий передач на печатных платах В данной статье описываются существующие методы расчёта волнового сопротивления линий передач на печатных платах . Описываются их преимущества и недостатки . Также приводится пример расчёта . Всё больше современных электрон - ных устройств содержит в себе высо - коскоростную цифровую часть и ( или ) высокочастотную аналоговую . Проек - тировать такие изделия без контроля волнового сопротивления на всём пути распространения сигнала практически невозможно . Известно , что основным конструк - тивным узлом любой аппаратуры является печатная плата , поэтому рас - чёт импеданса линий передач , реали - зованных на их основе , является важ - ной и актуальной задачей . Значение импеданса , к которому необходимо стремиться , для разработ - чика не является секретом . Чаще всего для одиночных линий оно составляет 50 Ом , а для дифференциальных 100 Ом . Кроме того , практически на любой стан - дарт или интерфейс передачи данных легко можно найти требования к зна - чению импеданса . В табл . 1 представ - лен их пример для USB 3.0 [1, 2]. Более сложным является вопрос о том , что использовать для вычис - ления импеданса . Понятно , что это будет программная реализация , но каким методом выполняется рас - чёт ? Это важное знание , так как от него зависит точность . Каждый опыт - ный инженер понимает , что откло - нение волнового сопротивления от номинального значения более чем на десять процентов ( а в некоторых случаях допуск может быть значи - тельно меньше ) приведёт к негатив - ным последствиям . Расчёт импеданса линий передач на печатных платах выполняется в основ - ном двумя способами : аналитическим и численным . Основаны они на приме - нении базовой формулы [3, 4]: , где L – индуктивность линии передачи на единицу длины , С – ёмкость линии передачи на единицу длины . Чаще всего в первом методе исполь - зуются формулы , представленные в стандартах IPC 2141 и IPC 2251 [5, 6]. Получены выражения на основе при - ближённого аналитического решения . Ниже по тексту представлены некото - рые из этих формул . Микрополосковая линия передачи представлена на рис . 1. . , Виктор Ухин ( компания « ЭРЕМЕКС »), Вячеслав Кухарук ( компания « ЭРЕМЕКС »), ДмитрийКоломенский ( Центр технологий материалов , Сколковский институт науки и технологий ), Ольга Смирнова ( компания « ЭРЕМЕКС ») Рис . 1. Микрополосковая линия передачи Рис . 2. Полосковая симметричная линия передачи t w w Сигнальный слой Сигнальный слой Опорный слой Опорный слой Опорный слой h t h h (3) (4) Таблица 1. Требования к трассировке USB 3.0 Параметр Требования к трассировке Скорость передачи данных 5,0 Гбит / с Максимальная длина 7,5 дюйма Волновое сопротивление дифференциальных линий передач 85 Ом +/– 10% Волновое сопротивление одиночных линий передач 85 Ом +/– 15% Ширина проводников Определяется структурой печатной платы Расстояние между проводниками дифференциальной пары Определяется структурой печатной платы Расстояние между дифференциальными парами 15 милс Расстояние между дифференциальными парами и высокоскоростными одиночными сигналами 15 милс Допуск для выравнивания сигналов дифференциальных пар 5 милс Опорный сигнал GND Максимальное количество отверстий в сигнале дифференциальной пары 3 (1) (2) , ,