Как да контролираме PCB импеданс?

Без контрол на импеданса ще се предизвика значително отражение и изкривяване на сигнала, което ще доведе до грешка в дизайна. Общите сигнали, като PCI шина, PCI-E шина, USB, Ethernet, DDR памет, LVDS сигнал и т.н., всички се нуждаят от контрол на импеданса. Контролът на импеданса в крайна сметка трябва да се реализира чрез дизайн на печатни платки, който също така поставя по -високи изисквания за технологията на печатни платки. След комуникация с фабриката за печатни платки и в комбинация с използването на софтуер EDA, импедансът на окабеляването се контролира според изискванията за целостта на сигнала.

Могат да се изчислят различни методи на окабеляване, за да се получи съответната стойност на импеданса.

Микролентови линии

• Състои се от лента тел с равнината на заземяване и диелектрик в средата. Ако диелектричната константа, ширината на линията и нейното разстояние от равнината на земята са контролируеми, тогава нейният характерен импеданс е контролируем и точността ще бъде в рамките на ± 5%.

Какво е контрол на импеданса как да се извърши контрол на импеданса на печатни платки

Stripline

Лентовата линия е медна лента в средата на диелектрика между две проводящи равнини. Ако дебелината и ширината на линията, диелектричната константа на средата и разстоянието между равнините на земята на двата слоя са контролируеми, характерният импеданс на линията е контролируем, а точността е в рамките на 10%.

Какво е контрол на импеданса как да се извърши контрол на импеданса на печатни платки

Структурата на многослойна дъска:

За да се контролира добре импеданса на печатни платки, е необходимо да се разбере структурата на печатни платки:

Обикновено това, което наричаме многослойна дъска, се състои от сърцевинна плоча и полутвърд лист, ламинирани заедно. Основната дъска е твърда, специфична дебелина, две медни плочи за хляб, които са основният материал на печатната дъска. Полувтвърденото парче представлява така наречения инфилтрационен слой, играе ролята на свързване на сърцевината, въпреки че има определена първоначална дебелина, но в процеса на пресоване дебелината й ще настъпи някои промени.

Обикновено най -външните два диелектрични слоя на многослоен са намокрени слоеве и отделни слоеве от медно фолио се използват от външната страна на тези два слоя като външно медно фолио. Оригиналната спецификация на дебелината на външното медно фолио и вътрешното медно фолио обикновено е 0.5 oz, 1OZ, 2OZ (1OZ е около 35um или 1.4mil), но след серия от повърхностна обработка крайната дебелина на външното медно фолио обикновено ще се увеличи с около 1OZ. Вътрешното медно фолио е медното покритие от двете страни на основната плоча. Крайната дебелина се различава малко от първоначалната дебелина, но обикновено се намалява с няколко um поради ецване.

Най -външният слой на многослойната плоскост е слоят на устойчивостта на заваряване, което често казваме „зелено масло“, разбира се, може да бъде и жълто или други цветове. Дебелината на слоя за устойчивост на спойка обикновено не е лесна за точно определяне. Зоната без медно фолио на повърхността е малко по -дебела от тази с медно фолио, но поради липсата на дебелина на медно фолио, така че медното фолио е все по -забележимо, когато докоснем повърхността на отпечатаната дъска с пръсти, можем да усетим.

Когато се прави определена дебелина на печатната дъска, от една страна, е необходим разумен избор на параметри на материала, от друга страна, крайната дебелина на полувтвърдения лист ще бъде по-малка от първоначалната дебелина. По-долу е типична 6-слойна ламинирана структура:

Какво е контрол на импеданса как да се извърши контрол на импеданса на печатни платки

Параметри на печатни платки:

Различните инсталации за ПХБ имат малки разлики в параметрите на ПХБ. Чрез комуникация с техническата поддръжка на инсталацията за печатни платки получихме някои параметрични данни на централата:

Повърхностно медно фолио:

Медното фолио може да се използва с три дебелини: 12um, 18um и 35um. Крайната дебелина след завършване е около 44um, 50um и 67um.

Основна плоча: S1141A, стандарт FR-4, обикновено се използват две панирани медни плочи. Специалните спецификации могат да бъдат определени, като се свържете с производителя.

Полувтвърдена таблетка:

Спецификации (оригинална дебелина) са 7628 (0.185 мм), 2116 (0.105 мм), 1080 (0.075 мм), 3313 (0.095 мм). Действителната дебелина след пресоване обикновено е с около 10-15um по-малка от първоначалната стойност. За един и същ инфилтрационен слой могат да се използват максимум 3 полувтвърдени таблетки, а дебелината на 3 полувтвърдени таблетки не може да бъде еднаква, могат да се използват поне една полувтвърдена таблетка, но някои производители трябва да използват поне две . Ако дебелината на полувтвърденото парче не е достатъчна, медното фолио от двете страни на основната плоча може да бъде отрязано и след това полувтвърденото парче може да бъде залепено от двете страни, така че да може да бъде по-дебел инфилтрационен слой постигнати.

Съпротивление заваръчен слой:

Дебелината на защитния слой за спойка върху медното фолио е C2≈8-10um. Дебелината на защитния слой за спойка на повърхността без медно фолио е C1, която варира в зависимост от дебелината на медта на повърхността. Когато дебелината на медта на повърхността е 45um, C1≈13-15um, и когато дебелината на медта на повърхността е 70um, C1≈17-18um.

Напречно сечение:

Бихме си помислили, че напречното сечение на проводник е правоъгълник, но всъщност е трапец. Като пример за горния слой, когато дебелината на медното фолио е 1OZ, горният долен ръб на трапеца е с 1MIL по -къс от долния долен ръб. Например, ако ширината на линията е 5MIL, тогава горната и долната страна са около 4MIL, а долната и долната страна са около 5MIL. Разликата между горния и долния ръб е свързана с дебелината на медта. Следващата таблица показва връзката между горната и долната част на трапеца при различни условия.

Какво е контрол на импеданса как да се извърши контрол на импеданса на печатни платки

Разрешителна способност: Диелектричната проницаемост на полувтвърдени листове е свързана с дебелината. Следващата таблица показва дебелината и параметрите на пропускливостта на различни видове полувтвърдени листове:

Какво е контрол на импеданса как да се извърши контрол на импеданса на печатни платки

Диелектричната константа на плочата е свързана с използвания смолен материал. Диелектричната константа на плочата FR4 е 4.2 – 4.7 и намалява с увеличаване на честотата.

Коефициент на диелектрични загуби: диелектрични материали под действието на променливо електрическо поле, поради консумацията на топлина и енергия, се наричат ​​диелектрични загуби, обикновено изразени с коефициент на диелектрични загуби Tan δ. Типичната стойност за S1141A е 0.015.

Минимална ширина на линията и междуредово разстояние, за да се осигури обработка: 4mil/4mil.

Въведение в инструмента за изчисляване на импеданса:

Когато разберем структурата на многослойната платка и усвоим необходимите параметри, можем да изчислим импеданса чрез софтуера EDA. Можете да използвате Allegro, за да направите това, но аз препоръчвам Polar SI9000, който е добър инструмент за изчисляване на характерен импеданс и сега се използва от много фабрики за печатни платки.

Когато изчислявате характерния импеданс на вътрешния сигнал както на диференциалната линия, така и на единичната клемна линия, ще откриете само малка разлика между Polar SI9000 и Allegro поради някои детайли, като формата на напречното сечение на проводника. Въпреки това, ако трябва да се изчисли характеристичният импеданс на повърхностния сигнал, предлагам да изберете модела с покритие вместо модела на повърхността, тъй като такива модели отчитат наличието на слой за съпротивление на спойка, така че резултатите ще бъдат по -точни. По -долу е дадена частична екранна снимка на повърхностния диференциален импеданс на линията, изчислен с Polar SI9000, като се има предвид слоят на съпротивлението на спойката:

Какво е контрол на импеданса как да се извърши контрол на импеданса на печатни платки

Тъй като дебелината на защитния слой за спойка не се контролира лесно, може да се използва и приблизителен подход, препоръчан от производителя на дъската: извадете конкретна стойност от изчислението на модела на повърхността. Препоръчва се диференциалният импеданс да бъде минус 8 ома, а импедансът на единия край да е минус 2 ома.

Изисквания за диференциална платка за окабеляване

(1) Определете режима на окабеляване, параметрите и изчислението на импеданса. Има два вида режими на разлика за маршрутизиране на линия: режим на разликата между линиите с микро ленти на външния слой и режим на разлика в линията на лентата на вътрешния слой. Импедансът може да бъде изчислен чрез свързан софтуер за изчисляване на импеданса (като POLAR-SI9000) или формула за изчисляване на импеданса чрез разумна настройка на параметрите.

(2) Паралелни изометрични линии. Определете ширината и разстоянието на линията и стриктно следвайте изчислената ширина и разстояние между линиите при маршрутизиране. Разстоянието между две линии винаги трябва да остане непроменено, тоест да се поддържа паралелно. Има два начина за паралелизъм: единият е, че двете линии вървят в един и същ слой един до друг, а другият е, че двете линии вървят в надподслойния слой. Като цяло се опитвайте да избягвате използването на сигнала за разлика между слоевете, а именно, защото при действителната обработка на печатни платки в процеса, поради каскадното ламиниране точността на подравняване е много по -ниска, отколкото е предвидена между прецизността на ецване, и в процеса на ламинирани диелектрични загуби, не може да гарантира разлика между линиите е равно на дебелината на междинния диелектрик, ще предизвика разликата между слоевете на разликата в промяната на импеданса. Препоръчва се максимално да се използва разликата в рамките на един и същ слой.