Leiterplatten-Routing für Signalintegrität — der vollständige Leitfaden

Microstrip- und Stripline-Leiterbahnen müssen auf einen bestimmten Wellenwiderstand geroutet werden — typischerweise 50 Ω für HF oder 100 Ω differenziell für schnelle Digitalsignale. Der Microstrip-Impedanzrechner berechnet die Leiterbreite aus Substrathöhe, Dielektrizitätszahl und Kupferdicke. Schon ein Impedanzfehler von 10 % (55 Ω auf einer 50-Ω-Leitung) reflektiert etwa 5 % der einfallenden Spannung, eine Rückflussdämpfung von etwa 26 dB.

Differenzielle Signale sind nur dann immun gegen Gleichtaktstörungen, wenn beide Leiterbahnen eng gekoppelt und längenangepasst sind. Der Rechner für differenzielle Paare berechnet Leiterbreite und Abstand für eine Ziel-Differenzimpedanz (typischerweise 100 Ω) auf einer gegebenen Lage des Aufbaus. Gleichen Sie die Längen auf 5–10 mil genau an, damit der Versatz innerhalb des Paares unter einem UI bleibt.

Vias bringen Induktivität (~1 nH pro mm Hülsenlänge) und eine Parallelkapazität durch das Pad ein. Die Resonanz eines Via-Stubs kann Einbrüche bei f = c / (4·stub_length·√ε_r) verursachen. Nutzen Sie den Via-Rechner für thermische Belastbarkeit und Stromtragfähigkeit, und prüfen Sie die Resonanzfrequenz des Via-Stubs, bevor Sie schnelle Signale durch dicke Leiterplatten führen.

Die Leiterbreite bestimmt den Gleichstromwiderstand und die Erwärmung unter Last. Die Kurven der IPC-2152 berücksichtigen Kupferstärke, Leiterlänge und die thermische Umgebung der Leiterplatte. Der Rechner für Leiterbreite und Strom berechnet die minimale Leiterbreite für eine Zielerwärmung, und der Leiterbahnwiderstands-Rechner liefert den ohmschen Spannungsabfall und die Verlustleistung.

Ein gut geplanter Lagenaufbau legt Signallagen neben Bezugsebenen, um die Schleifenfläche zu minimieren und die Impedanz zu kontrollieren. Mit dem Lagenaufbau-Rechner legen Sie Materialien, Dicken und Kupferstärken der Lagen fest; er berechnet dann die Microstrip- und Stripline-Impedanzen jeder Signallage. Führen Sie HF-Leiterbahnen auf den äußeren Microstrip-Lagen, dort lässt sich die Impedanz am einfachsten abstimmen.

Gekoppelte Leitungen tauschen Energie über Gegeninduktivität und Koppelkapazität aus. Das Nahnebensprechen (NEXT) wächst mit der Koppellänge und der Nähe der Leiterbahnen. Halten Sie als Faustregel zwischen schnellen Signalen einen Abstand von 3× Leiterbreite ein (3W-Regel). Der Übersprech-Rechner für Leiterplatten quantifiziert NEXT und FEXT aus den Geometrieparametern, sodass Sie die Routing-Regeln vor der Freigabe des Layouts prüfen können.