Bez kontrole impedancije, doći će do značajnog odbijanja i izobličenja signala, što će dovesti do greške u dizajnu. Uobičajenim signalima, kao što su PCI sabirnica, sabirnica PCI-E, USB, Ethernet, DDR memorija, LVDS signal itd., Potrebna je kontrola impedanse. Kontrola impedanse na kraju se mora realizirati dizajnom PCB -a, što također postavlja veće zahtjeve za PCB ploča tehnologija. Nakon komunikacije s tvornicom PCB -a i u kombinaciji s upotrebom EDA softvera, impedancija ožičenja kontrolira se prema zahtjevima integriteta signala.

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

Mikrotrakaste linije

• 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%.

Kako kontrolirati impedanciju ožičenja PCB -a

Stripline

Linija vrpce je bakrena traka u sredini dielektrika između dvije provodne ravnine. Ako se mogu kontrolirati debljina i širina linije, dielektrična konstanta medija i udaljenost između ravnina tla dva sloja, karakteristična impedancija linije se može kontrolirati, a točnost je unutar 10%.

Kako kontrolirati impedanciju ožičenja PCB -a

Struktura višeslojne ploče:

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. Polustvrdnuti komad čini takozvani infiltracijski sloj, igra ulogu vezivanja jezgre ploče, iako postoji određena početna debljina, ali u procesu prešanja njezina će se debljina dogoditi.

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. Debljinu sloja otpornosti na lem općenito nije lako odrediti. Područje bez bakrene folije na površini je nešto deblje od površine s bakrenom folijom, ali zbog nedostatka debljine bakrene folije, pa je bakrena folija i dalje istaknuta, kada dodirnemo površinu štampane ploče prstima.

Kada se izrađuje određena debljina tiskane ploče, s jedne strane, potreban je razuman izbor parametara materijala, s druge strane, konačna debljina polutvrdnutog lima bit će manja od početne debljine. Slijedi tipična 6-slojna laminirana struktura:

Kako kontrolirati impedanciju ožičenja PCB -a

Parametri PCB -a:

Različita postrojenja za PCB imaju male razlike u parametrima PCB -a. Komunikacijom s tehničkom podrškom postrojenja za elektroničke ploče dobili smo neke parametarske podatke o postrojenju:

Površinska bakrena folija:

Postoje tri debljine bakrene folije koje se mogu koristiti: 12um, 18um i 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.

Poluotvrdnuta tableta:

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.

Kako kontrolirati impedanciju ožičenja PCB -a

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

Kako kontrolirati impedanciju ožičenja PCB -a

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:

Kako kontrolirati impedanciju ožičenja PCB -a

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. Postoje dva načina paralelizma: jedan je da dvije linije hodaju u istom sloju jedan pored drugog, a drugi je da dvije linije hodaju u sloju koji se nalazi ispod. 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.