Kako kontrolirati PCB impedancija?

Without impedance control, considerable signal reflection and distortion will be caused, resulting in design failure. Uobičajenim signalima, kao što su PCI sabirnica, sabirnica PCI-E, USB, Ethernet, DDR memorija, LVDS signal itd., Potrebna je kontrola impedanse. Impedance control ultimately needs to be realized through PCB design, which also puts forward higher requirements for PCB board technology. After communication with PCB factory and combined with the use of EDA software, the impedance of wiring is controlled according to the requirements of signal integrity.

Mogu se izračunati različite metode ožičenja kako bi se dobila odgovarajuća vrijednost impedanse.

Microstrip lines

• Sastoji se od trake žice s ravninom uzemljenja i dielektrikom u sredini. Ako se dielektrična konstanta, širina linije i njezina udaljenost od ravnine tla mogu kontrolirati, tada je karakteristična impedansa kontrolirana, a točnost će biti unutar ± 5%.

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

Stripline

Linija vrpce je bakrena traka u sredini dielektrika između dvije provodne ravnine. If the thickness and width of the line, the dielectric constant of the medium, and the distance between the ground planes of the two layers are controllable, the characteristic impedance of the line is controllable, and the accuracy is within 10%.

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

The structure of multi-layer board:

Za dobru kontrolu impedanse PCB -a potrebno je razumjeti strukturu PCB -a:

Obično ono što nazivamo višeslojna ploča sastoji se od jezgrene ploče i polutvrdlog lima koji su međusobno laminirani. Jezgra je tvrda, specifične debljine, dvije bakrene ploče za kruh, koji je osnovni materijal štampane ploče. And the semi-cured piece constitutes the so-called infiltration layer, plays the role of bonding the core plate, although there is a certain initial thickness, but in the process of pressing its thickness will occur some changes.

Obično su dva najudaljenija dielektrična sloja višeslojnog navlaženi slojevi, a odvojeni slojevi bakrene folije koriste se s vanjske strane ova dva sloja kao vanjska bakrena folija. Originalne specifikacije debljine vanjske i unutarnje bakrene folije općenito su 0.5 oz, 1 oz, 2 oz (1 oz je oko 35um ili 1.4 mil), ali nakon niza površinskih tretmana, konačna debljina vanjske bakrene folije općenito će se povećati za oko 1OZ. Unutrašnja bakrena folija je bakrena obloga sa obje strane ploče jezgre. Konačna debljina malo se razlikuje od izvorne debljine, ali se općenito smanjuje za nekoliko um zbog nagrizanja.

Najudaljeniji sloj višeslojne ploče je sloj otpora zavarivanja, što često nazivamo „zeleno ulje“, naravno, može biti i žuto ili u drugim bojama. The thickness of the solder resistance layer is generally not easy to determine accurately. The area without copper foil on the surface is slightly thicker than the area with copper foil, but because of the lack of copper foil thickness, so the copper foil is still more prominent, when we touch the printed board surface with our fingers can feel.

When a particular thickness of the printed board is made, on the one hand, reasonable choice of material parameters is required, on the other hand, the final thickness of the semi-cured sheet will be smaller than the initial thickness. Slijedi tipična 6-slojna laminirana struktura:

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

PCB parameters:

Different PCB plants have slight differences in PCB parameters. Through communication with circuit board plant technical support, we obtained some parameter data of the plant:

Površinska bakrena folija:

There are three thicknesses of copper foil that can be used: 12um, 18um and 35um. Konačna debljina nakon završne obrade je oko 44um, 50um i 67um.

Jezgra: S1141A, standard FR-4, obično se koriste dvije pohane bakrene ploče. Opcijske specifikacije mogu se odrediti kontaktiranjem proizvođača.

Semi-cured tablet:

Specifikacije (originalna debljina) su 7628 (0.185 mm), 2116 (0.105 mm), 1080 (0.075 mm), 3313 (0.095 mm). Stvarna debljina nakon prešanja obično je oko 10-15um manja od izvorne vrijednosti. Za isti infiltracijski sloj mogu se upotrijebiti najviše 3 polustvrdnute tablete, a debljina 3 polustvrdnute tablete ne može biti ista, može se upotrijebiti barem jedna polustvrdnuta tableta, ali neki proizvođači moraju koristiti najmanje dvije . Ako debljina polustvrdnutog komada nije dovoljna, bakrena folija s obje strane jezgre može se otkinuti, a zatim se polustvrdnuti komad može spojiti s obje strane, tako da se može dobiti deblji infiltracijski sloj postignut.

Otporni sloj za zavarivanje:

Debljina sloja otpora lemljenja na bakrenoj foliji je C2≈8-10um. Debljina sloja otpora lemljenja na površini bez bakrene folije je C1, koja varira ovisno o debljini bakra na površini. Kada je debljina bakra na površini 45um, C1≈13-15um, i kada je debljina bakra na površini 70um, C1≈17-18um.

Poprečni presjek:

Mislili bismo da je presjek žice pravokutnik, ali zapravo je trapez. Uzimajući kao primjer gornji sloj, kada je debljina bakrene folije 1OZ, gornji donji rub trapeza je 1MIL kraći od donjeg donjeg ruba. Na primjer, ako je širina linije 5MIL, tada su gornja i donja strana oko 4MIL, a donja i donja strana su oko 5MIL. Razlika između gornjeg i donjeg ruba povezana je s debljinom bakra. Sljedeća tablica prikazuje odnos između vrha i dna trapeza pod različitim uvjetima.

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

Dozvola: Dopustnost polusušenih limova povezana je s debljinom. Sljedeća tablica prikazuje parametre debljine i propustljivosti različitih vrsta polutvrdnutih limova:

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

Dielektrična konstanta ploče povezana je sa upotrijebljenim materijalom smole. Dielektrična konstanta FR4 ploče je 4.2 – 4.7 i smanjuje se sa povećanjem frekvencije.

Faktor dielektričnih gubitaka: dielektrični materijali pod djelovanjem naizmjeničnog električnog polja zbog potrošnje topline i energije nazivaju se dielektrični gubici, obično izraženi faktorom dielektričnih gubitaka Tan δ. Tipična vrijednost za S1141A je 0.015.

Minimalna širina linije i razmak između redova kako bi se osigurala obrada: 4mil/4mil.

Uvod u alat za proračun impedanse:

Kada shvatimo strukturu višeslojne ploče i savladamo potrebne parametre, možemo izračunati impedanciju pomoću softvera EDA. Za to možete upotrijebiti Allegro, ali preporučujem Polar SI9000, koji je dobar alat za izračunavanje karakteristične impedanse i sada ga koriste mnoge tvornice PCB -a.

Prilikom izračunavanja karakteristične impedancije unutarnjeg signala i diferencijalnog voda i pojedinačnog priključnog voda, pronaći ćete samo malu razliku između Polar SI9000 i Allegro zbog nekih detalja, poput oblika poprečnog presjeka žice. Međutim, ako se želi izračunati karakteristična impedancija Surface signala, predlažem da umjesto Surface modela izaberete model sa premazom, jer takvi modeli uzimaju u obzir postojanje sloja otpora lemljenja, pa će rezultati biti točniji. Slijedi djelomični snimak zaslona površinske diferencijalne impedanse linije izračunate pomoću Polar SI9000 uzimajući u obzir sloj otpora lemljenja:

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

Budući da se debljina sloja otpornog na lemljenje ne može lako kontrolirati, može se koristiti i približan pristup, prema preporuci proizvođača ploče: oduzmite određenu vrijednost iz proračuna modela Surface. Preporučuje se da diferencijalna impedancija bude minus 8 ohma, a impedancija na jednom kraju minus 2 ohma.

Diferencijalni zahtjevi za PCB za ožičenje

(1) Odredite način ožičenja, parametre i proračun impedanse. Postoje dvije vrste načina razlike za usmjeravanje linija: način razlike linija mikrotrakastog sloja vanjskog sloja i način razlike linija linijskog pojasa unutrašnjeg sloja. Impedancija se može izračunati odgovarajućim softverom za proračun impedanse (poput POLAR-SI9000) ili formulom za proračun impedanse putem razumnog postavljanja parametara.

(2) Paralelne izometrijske linije. Odredite širinu linije i razmak i strogo se pridržavajte izračunate širine linije i razmaka prilikom usmjeravanja. Razmak između dvije linije uvijek mora ostati nepromijenjen, odnosno ostati paralelan. There are two ways of parallelism: one is that the two lines walk in the same side-by-side layer, and the other is that the two lines walk in the over-under layer. Općenito, pokušajte izbjeći korištenje signala razlike između slojeva, naime zato što je u stvarnoj obradi PCB -a u procesu, zbog kaskadnog laminiranog poravnanja, točnost mnogo niža nego što je predviđeno između preciznosti jetkanja i u procesu laminiranog dielektričnog gubitka, ne može jamčiti da je razlika u razmaku linija jednaka debljini međuslojnog dielektrika, uzrokovat će razliku između slojeva razlike promjene impedanse. Preporučuje se da se razlika unutar istog sloja koristi što je više moguće.