Пробная версия

Загрузите бесплатную пробную версию, чтобы оценить возможности ПО Altium

Как приобрести

Свяжитесь с региональным представительством, чтобы начать улучшение процесса проектирования

Загрузки

Загрузите самые новые системы проектирования электроники

  • Проектирование плат
  • Altium Designer

    Единая среда проектирования схем и плат

  • CircuitStudio

    Профессиональный инструмент разработки печатных плат, готовый к работе

  • CircuitMaker

    Хорошо налаженный инструмент PCB Design, созданный специально для вашего сообщества

  • NEXUS

    Быстрое и гибкое проектирование в команде

  • ОБЛАЧНАЯ ПЛАТФОРМА
  • Altium 365

    Синхронизация проектирования и производства печатных узлов

  • Управление компонентами
  • Altium Concord Pro

    Комплексное решение для управления библиотеками

  • Octopart

    Обширная и простая в использовании база данных компонентов

  • Дополнительные модули
  • PDN Analyzer

    Визуальный анализ цепей доставки питания

  • Все модули
  • Разработка встроенного ПО
  • TASKING

    Широко известная среда разработки встроенного ПО

  • Учебные курсы
  • Очные курсы

    Узнайте о лучших практиках на тренингах, доступных по всему миру

  • Курсы по запросу

    Получите полноценное обучение прямо из дома или офиса

  • ОНЛАЙН-ПРОСМОТР
  • Altium 365 Viewer

    Самый простой способ онлайн-визуализации проектных данных

  • Altium Designer 20

    Самая мощная, современная и простая в использовании система проектирования печатных плат для профессионалов

    ALTIUMLIVE

    Ежегодная конференция по проектированию печатных плат

    • Форум

      Место для общения пользователей и поклонников Altium

    • Блог

      Статьи на интересные вам темы

    • Идеи

      Присылайте идеи и голосуйте за новые функции, которые вы хотели бы видеть среди инструментов Altium.

    • Исправление ошибок – Bug Crunch

      Направляйте запросы на исправление ошибок, чтобы помочь сделать решения Altium лучше

    • Лента новостей

      События на AltiumLive, в которых вы участвуете или за которыми следите.

    • Программа бета-тестирования

      Информация об участии в программе бета-тестирования и о получении раннего доступа к решениям Altium.

    Все ресурсы

    Изучите избранные материалы из блога, социальных сетей и технических документов, собранных в одном месте для вашего удобства

    Загрузки

    Загрузите необходимые вам продукты

    Как приобрести

    Свяжитесь с региональным представительством, чтобы начать улучшение процесса проектирования

    • Документация

      Портал документации, где вы можете найти исчерпывающую информацию по нужной версии системы

    • Курсы и мероприятия

      Посмотрите расписание и зарегистрируйтесь на очное или онлайн-обучение

    • Ресурсы для проектирования

      Изучите наши бесплатные ресурсы для проектирования: компоненты, шаблоны, примеры проектов

    • Вебинары

      Зарегистрируйтесь на вебинар или получите доступ к записи вебинаров

    • Поддержка

      Свяжитесь с технической поддержкой или воспользуйтесь сервисами самообслуживания

    • Руководства

      Прочитайте или загрузите руководства и инструкции по решениям Altium

    • Видео-библиотека

      Краткие видеоуроки на определенные темы для быстрого начала работы в Altium Designer

    Моделирование шероховатости медной фольги в профиле импеданса Altium Designer

    Закарайя Петерсон
    |  29 Апреля, 2020
    Моделирование шероховатости медной фольги в профиле импеданса Altium Designer

    При моделировании длинных линий проектировщику необходимо рассчитывать шероховатость медной фольги для определения точного импеданса. Без правильных моделей или программных средств вы сможете лишь приблизительно оценить импеданс скин-эффекта, дисперсию и паразитные явления в своей плате. С этими моделями может быть сложно работать самостоятельно, если вы не разбираетесь в математике, но можно использовать правильные инструменты проектирования для быстрого включения шероховатости меди в расчет профиля импеданса при создании структуры слоев.

    С помощью нового менеджера стека слоев в Altium Designer® вы можете включить коэффициенты шероховатости медной фольги непосредственно в расчет импеданса. Это довольно просто сделать в менеджере структуры слоев, но возникает вопрос: какой именно коэффициент шероховатости должен быть? Какое значение следует использовать для конкретных межсоединений? Это сложный вопрос, который связан с процессами осаждения меди на диэлектрики. Тем не менее, с некоторыми разумными приближениями в двух стандартных моделях шероховатости меди вы можете рассчитать значение коэффициента шероховатости для профиля импеданса в Altium Designer.

    Профили импеданса в структуре слоев

    Средство расчета профилей импеданса в Altium Designer включает в себя встроенный решатель электромагнитных полей, который рассчитывает профили импеданса на нужной опорной частоте. Этот решатель использует модель Дебая, для которой известны точные параметры модели до 10 ГГц для микрополосков и 20 ГГц для полосковых линий (для FR4 в обоих случаях). Эта причинно-следственная модель для диэлектрической функции хорошо учитывает дисперсию и предоставляет отличное приближение для значений импеданса межсоединений во всем нужном диапазоне частот.

    Когда необходимо моделировать омические и индуктивные потери из-за скин-эффекта, следует учитывать два фактора:

    • Геометрия межсоединения в поперечном сечении: размеры поперечного сечения трасс определяют глубину скин-эффекта для переменного тока, который формирует омическую и индуктивную составляющие характеристического импеданса.
    • Шероховатость поверхности и структура осажденной меди: физическая медь, полученная электроосаждением, не является гладкой, а сформирована из связанных кусков материала. Кроме того, травление при изготовлении платы сделает поверхность еще более шероховатой, что увеличит потери из-за скин-эффекта.

    Первый из этих пунктов можно легко учесть с помощью стандартных уравнений электромагнетизма. Для моделирования второго пункта необходим учет внутренней структуры проводящих трасс, а также средней шероховатости поверхности трассы. Если вы хотите работать со стандартной моделью импеданса линии передачи, то следует использовать это уравнение для расчета влияния шероховатости меди на импеданс:

    Copper foil roughness and impedance in a PCB transmission line
    Импеданс реального межсоединения из-за скин-эффекта и шероховатости

    Эти поправки на шероховатость также могут использоваться в решателе, таком как встроенный в Altium Designer решатель полей от Simberian. Поправку на шероховатость, которую вы используете в профиле импеданса в Altium Designer, необходимо определить с помощью причинно-следственного представления. Ее можно легко рассчитать с помощью модели Хэммерстада (Hammerstad) или модели “снежных комов” Хурея (Cannonball-Huray).

    Расчет поправочных коэффициентов шероховатости медной фольги

    Широко распространенными для расчета поправочных коэффициентов шероховатости являются модель Хэммерстада и модель “снежных комов” Хурея. Модель “снежных комов” Хурея более эффективна и применима с точки зрения соответствия экспериментальным данным, но она имеет более сложную форму. Тем не менее, применение причинно-следственной связи в этой модели дает выражение в конечном виде для поправочного коэффициента шероховатости в этой модели. Основным входным параметром в этой модели является средний размер частицы меди в трассе (называется “снежным комом”, или “пушечным ядром”, в этой модели).

    Модель Хэммерстада, напротив, предлагает выражение в конечном виде для поправочного коэффициента шероховатости, который является функцией шероховатости поверхности. Поэтому работать с моделью Хэммерстада проще, поскольку необходимо лишь узнать от производителя среднеквадратичное значение шероховатости поверхности, которое можно определить с помощью простого измерения профиля поверхности на атомно-силовом микроскопе.

    В обеих моделях, целью является расчет коэффициента K, который затем умножается на R в следующем уравнении для потерь характеристического импеданса:

    PCB transmission line with a copper foil roughness correction factor
    Характеристический импеданс линии передачи с поправочным коэффициентом шероховатости медной фольги K

    В таблице ниже приведены формулы, используемые для расчета K в уравнении выше.

    Copper foil roughness and impedance in a PCB transmission line
    Уравнения для поправочного коэффициента шероховатости

    Дополнительная информация об использовании формул для поправочных коэффициентов шероховатости медной фольги содержится в документе DesignCon 2018. Обратите внимание, что эти коэффициенты в формулах выше являются функциями частоты, поэтому необходимо выбрать граничное значение частоты (как правило, 10 ГГц подходит). После расчета этого значения вы можете ввести его в профиль импеданса в Altium Designer.

    Включение шероховатости медной фольги в Altium Designer

    Включить шероховатость медной фольги в менеджер стека слоев в Altium Designer достаточно просто. После создания новой платы, при определении структуры слоев нажмите по вкладке Impedance в нижней части Layer Stack Manager. Будет открыта панель Impedance Profile, как показано ниже. Здесь вы можете указать параметры шероховатости медной фольги для своей платы, и решатель электромагнитных полей автоматически определит геометрию, которая будет соответствовать целевому импедансу с нужной точностью.

    Modeling copper foil surface roughness and a roughness factor in Altium Designer
    Пример расчета профиля импеданса в Altium Designer (внизу справа задаются параметры шероховатости)

    Профиль импеданса автоматически вычислит импеданс межсоединения в соответствии со структурой слоев и параметрами шероховатости, которые вы ввели. Далее вы можете сохранить этот профиль импеданса и использовать его в правилах проектирования. Это позволит автоматизировать такие задачи, как подстройка длины трасс, трассировка дифференциальных пар и расчеты целостности сигналов.

    Altium Designer® включает в себя множество других средств конструирования печатных плат. Профиль импеданса с указанной шероховатостью медной фольги определен, он становится доступным прочим инструментам проектирования, таким как правила для быстродействующих цепей. Это крайне важно для обеспечения соответствия проекта требованиям к сигналам и для контроля потерь в межсоединениях.

    Вы можете загрузить бесплатную пробную версию Altium Designer и узнать больше о лучших в отрасли инструментах конструирования, моделирования и планирования производства. Поговорите с экспертом Altium, чтобы узнать больше.

    Об авторе

    Об авторе

    Закарайя Петерсон (Zachariah Peterson) имеет обширный технический опыт в научных кругах и промышленности. До работы в индустрии печатных плат преподавал в Портлендском государственном университете. Проводил магистерское исследование на хемосорбционных газовых датчиках, кандидатское исследование – по теории случайной лазерной генерации. Имеет опыт научных исследований в области лазеров наночастиц, электронных и оптоэлектронных полупроводниковых приборов, систем защиты окружающей среды и финансовой аналитики. Его работа была опубликована в нескольких рецензируемых журналах и материалах конференций, и он написал сотни технических статей блогов по проектированию печатных плат для множества компаний.

    самые новые материалы

    Вернуться на главную