임피던스 관리를 위한 PCB 스택업 디자인과 레퍼런스 플레인

임피던스 제어, 임피던스 관리, 제어된 유전체는 PCB에서 신호가 보는 임피던스를 설정하는 다양한 방법을 지칭하는 서로 교환 가능한 용어입니다. 임피던스 계산 도구, 예를 들어 무료 온라인 도구나 여러분의 EDA 프로그램을 사용하면 트레이스 임피던스를 계산할 수 있으며, 매우 정확한 임피던스 값을 얻을 수 있습니다. 하지만, 실제 제조 과정에서 중요한 부분이며, 설계한 내용이 실제로 목표 임피던스를 달성할 수 있도록 생산되어야 합니다.

물론, 어떤 제조 과정도 완벽하지 않으며, 제조 라인에서 나온 모든 PCB는 트레이스 임피던스에 일정한 변동이 있을 것이며, 이러한 변동은 더 높은 데이터 속도(즉, 더 넓은 신호 대역폭)에서 더 명확하게 나타납니다. 또한, 임피던스가 실제 스택업이나 재료 유전 데이터에 해당하게 지정되지 않은 경우, 제조업체는 임피던스 목표를 달성하기 위해 여러분의 설계 데이터를 수정해야 할 필요가 있습니다.

임피던스 제어 대 제어된 유전체

특정 임피던스 사양이 필요하거나 여러 임피던스 사양이 필요한 보드를 설계하는 것은 일반적으로 두 가지 접근 방식을 포함합니다: 제어된 유전체 설계 또는 제어된 임피던스 설계.

일부 설계자들(저를 포함하여)은 특정 레이어 스택에 기반한 트레이스 임피던스 계산을 의미할 때 '제어된 임피던스'라는 용어를 사용할 것입니다. 유전 상수와 두께가 알려져 있다면, 트레이스 임피던스를 계산할 수 있습니다. 일부 PCB 제조업체는 이를 "제어된 유전체" 디자인이라고 언급할 것입니다:

제어된 유전체 디자인은 설계자가 임피던스 사양이 요구되는 레이어를 지지하는 라미네이트의 유전 상수를 알아야 한다는 것을 요구합니다. 다시 말해, 설계자는 표준 스택업이나 시중의 재료로부터 Dk 값을 알아야 하며, 레이어 두께도 알아야 합니다. 참조 평면(접지 평면)의 배치는 표준 스택업에서 제공될 필요가 없습니다.

일부 제조업체는 임피던스 계산기를 제공하여 주어진 트레이스/접지 평면 배열과 필요한 임피던스 값에 대한 올바른 트레이스 치수를 결정할 수 있도록 도와줍니다. 그러나, 이 계산기들은 기본적으로 유전체의 알려진 Dk 및 두께 값이 입력되는 한 제어된 유전체 디자인을 가능하게 합니다.

다른 접근 방식은 제어된 임피던스입니다. 이 접근 방식에서는 설계자가 원하는 트레이스 폭/간격과 그것이 도달할 임피던스를 선택하기만 하면 됩니다. 그런 다음 제조업체는 그 목표를 달성하기 위해 다양한 유전체와 층 두께를 선택하고, 이를 테스트 쿠폰에서 테스트할 것입니다.

층 스택업 배열, 유전체 두께, 프리프레그 두께, 그리고 라미네이트 두께를 수정하는 것은 보드에서 신호가 보는 임피던스를 모두 변경합니다. 설계자로서, 단지 임피던스 테이블이나 전송선 테이블, 그리고 스택업 도면을 제작 노트에 제공하기만 하면 됩니다.

제조업체가 일반적으로 하지 않는 것은 임피던스 목표를 달성하기 위해 트레이스 폭과 간격을 수정하는 것입니다. 그들은 엔지니어링 검토의 일부로 티어드롭을 적용하고 에칭 보상을 할 수 있지만, 이러한 수준의 수정은 Gerber 데이터가 아닌 귀하의 네이티브 CAD 파일에서 수행하는 것이 가장 좋습니다. 일반적으로 제조업체에 네이티브 PCB 설계 파일을 보내지 않으므로, 그들이 디자인에 들어가서 귀하의 트레이스에 그 수준의 수정을 제공하지 않을 것입니다. 그들이 자신의 재료 세트로 귀하의 목표를 달성할 수 없는 경우, 그들은 수정을 위해 보드를 귀하에게 다시 보낼 것입니다.

레이어당 고유 임피던스 프로파일은 몇 개인가요?

디자이너로서 제어된 유전체 접근 방식을 취한다면, 단일 레이어에서 여러 임피던스 프로파일을 계산하고 싶을 수 있습니다. 일반적으로 단일 레이어에서 고유한 임피던스 프로파일만 사용하는 것이 바람직합니다. 예를 들어, 귀하의 50/100 임피던스 프로파일(Ethernet, HDMI 등)은 같은 레이어에 결합될 수 있지만, USB, DDR 등에 전용된 다른 레이어에서 이러한 프로파일을 사용하고 싶지 않을 것입니다. 왜냐하면 이들 모두 고유한 임피던스 프로파일을 가지고 있기 때문입니다.

아래 예시에서는 서로 다른 고유 임피던스 프로파일이 다른 레이어에 할당되어 있습니다. 하나의 프로파일이 여러 프로토콜에 적용될 수 있지만, 여기서 사용된 분리는 주어진 레이어에 대해 프로파일별로 이루어집니다. 목표를 달성하기 위해 제조업체에게 다양한 재료를 혼합하고 매치하도록 요청해야 한다면, 디자인에서 폭/간격 값을 지정하고 달성하고자 하는 임피던스 목표를 명시해야 합니다.

• 임피던스 제어 요구 사항을 지정하는 방법에 대해 자세히 알아보기

이를 수행하는 이유는 제어된 임피던스 접근 방식과 제어된 유전체 접근 방식을 모두 가능하게 하기 위해서입니다. 임피던스 제어 접근 방식을 취할 때, 이는 제조업체가 필요한 경우 단일 레이어에 대한 유전체 데이터만 조정할 수 있게 하며, 이는 목표 임피던스 프로파일만 수정하고 다른 모든 것을 유지합니다. 예를 들어, 상단 및 하단 레이어에서는 트레이스 폭/간격 및 목표 임피던스 값을 지정하는 한, 특정 임피던스 목표에 필요한 유전체 상수와 두께를 제조업체가 선택할 수 있습니다.

제어된 임피던스/유전체 디자인을 접근하는 방식

충분한 디자인을 다루어 본 후, 고속 디지털 시스템이나 RF 시스템에 대한 임피던스(또는 유전체) 제어 디자인을 접근하는 데 일반적으로 매우 잘 작동하는 두 가지 접근 방식을 찾았습니다:

• 시중에서 구할 수 있는 특정 재료를 선택하고, 데이터시트에서 유전체 정보를 사용하며, 제조업체가 재료를 보유하고 있는지 확인한 후 진행하십시오.
• 제작자로부터 재료 정보/데이터시트, 임피던스 값, 그리고 관련된 스택업을 받으십시오; 이는 일반적으로 표준 스택업에서 명시됩니다.

디자인에서 이러한 결정을 제어할 수 있을 때, 저는 첫 번째 방법을 선호합니다. 왜냐하면 저는 제가 선호하는 PCB 제작업체에서 재고를 가지고 있는 한정된 재료 그룹(Isola, ITEQ, Rogers)과 주로 작업하기 때문입니다. 그런 다음 레이어 스택업 생성기(예: Simbeor 및 Altium Designer의 Layer Stack Manager)를 사용하여 각 레이어에서 필요한 임피던스 프로필을 계산할 수 있습니다.

기본 재료가 괜찮게 작동하지만 디자인에 여전히 임피던스 사양이 필요한 경우 2번째 방법을 선택합니다. 그 시점에서, 저는 Dk 값과 스택업에 나타날 레이어 두께만 알면 되며, 임피던스 사양을 충족시키기 위해 폭과 간격을 계산할 수 있습니다.

제어된 임피던스를 가진 PCB 스택업을 설계할 필요가 있을 때는, 통합된 전자기장 솔버가 있는 업계 최고의 레이어 스택업 편집기인 Altium Designer^®를 사용하세요. 디자인을 마치고 제조업체에 파일을 릴리스하고 싶을 때는, Altium 365^™ 플랫폼이 프로젝트를 협업하고 공유하기 쉽게 만들어 줍니다.

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