Senza cuntrollu di impedenza, una riflessione di signale è una distorsione considerableu seranu causate, resultendu in fallimentu di cuncepimentu. I segnali cumuni, cume u bus PCI, u bus PCI-E, USB, Ethernet, memoria DDR, segnale LVDS, ecc., Anu bisognu di cuntrollu di impedenza. Infine, u cuntrollu di l’impedenza deve esse realizatu attraversu u disignu di PCB, chì prupone ancu esigenze più elevate Cunsigliu PCB tecnulugia. Dopu a cumunicazione cù a fabbrica PCB è cumbinata cù l’usu di u software EDA, l’impedenza di u cablaggio hè cuntrullata secondu i requisiti di integrità di u segnale.

Diversi metudi di cablaggio ponu esse calculati per uttene u valore di impedanza currispondente.

Linee di Microstrip

Hè custituitu da una striscia di filu cù u pianu di terra è dielettricu à mezu. Se a costante dielettrica, a larghezza di a linea, è a so distanza da u pianu terrenu sò controllabili, allora a so impedenza caratteristica hè controllabile, è a precisione serà in ± 5%.

Cumu cuntrullà l’impedenza di cablaggio PCB

Stripline

Una linea di nastro hè una striscia di ramu à mezu à u dielettricu trà dui piani cunduttori. Se u spessore è a larghezza di a linea, a costante dielettrica di u mezu, è a distanza trà i piani di terra di i dui strati sò controllabili, l’impedenza caratteristica di a linea hè controllabile, è a precisione hè in u 10%.

Cumu cuntrullà l’impedenza di cablaggio PCB

A struttura di a tavola multi-stratu:

Per cuntrullà bè l’impedenza di PCB, hè necessariu capisce a struttura di PCB:

Di solitu ciò chì chjamemu tavulu multistratu hè cumpostu di piastra di core è di fogliu semi-solidificatu laminatu inseme trà elli. U pannellu core hè un spessore duru è specificu, duie piastre di ramu di pane, chì hè u materiale di basa di u pannellu stampatu. È u pezzu semi-guaritu custituisce u cosiddettu stratu d’infiltrazione, ghjoca u rolu di incollà a piastra di core, ancu s’ellu ci hè un certu spessore iniziale, ma in u prucessu di pressà u so spessore si verificanu alcuni cambiamenti.

Di solitu i dui strati dielettrici più esterni di un multistratu sò strati bagnati, è strati separati di foglia di rame sò aduprati à l’esternu di sti dui strati cum’è u fogliu di rame esternu. A specificazione di u spessore originale di u fogliu di rame esternu è di u fogliu di rame internu hè generalmente 0.5oz, 1OZ, 2OZ (1OZ hè circa 35um o 1.4mil), ma dopu una serie di trattamentu di superficie, u spessore finale di u fogliu di rame esternu generalmente aumenterà di circa 1OZ. U fogliu di rame internu hè u coperchio di rame da i dui lati di a piastra di core. U spessore finale differisce pocu da u spessore originale, ma hè generalmente riduttu di parechji um per gravure.

U stratu u più esterno di a tavula multistratu hè u stratu di resistenza à a saldatura, chì hè ciò chì spessu dicemu “oliu verde”, benintesa, pò ancu esse giallu o altri culori. U spessore di u stratu di resistenza à a saldatura ùn hè generalmente micca faciule da determinà cun precisione. A zona senza lamina di rame nantu à a superficia hè leggermente più spessa di l’area cù lamina di rame, ma per via di a mancanza di spessore di lamina di rame, cusì a lamina di rame hè sempre più impurtante, quandu toccu a superficie di u pannellu stampatu cù e nostre dite si pò sente.

Quandu si face un spessore particulare di u cartone stampatu, da una banda, hè necessaria una scelta ragionevuli di parametri materiali, da l’altra parte, u spessore finale di u fogliu semi-curatu serà più chjucu di u spessore iniziale. U seguitu hè una tipica struttura laminata à 6 strati:

Cumu cuntrullà l’impedenza di cablaggio PCB

Parametri PCB:

Diverse piante PCB anu leggere differenze in i parametri PCB. Attraversu a cumunicazione cù u supportu tecnicu di a pianta di u circuitu, avemu ottenutu alcuni dati di parametri di a pianta:

Fogliu di rame di superficia:

Ci sò trè spessori di foglia di rame chì ponu esse aduprati: 12um, 18um è 35um. U spessore finale dopu a finitura hè di circa 44um, 50um è 67um.

Piastra di core: S1141A, standard FR-4, duie piastre di rame impanate sò cumunemente aduprate. E specifiche opzionali ponu esse determinate cuntattendu u fabbricante.

Compressa semi-curata:

I specificazioni (spessore originale) sò 7628 (0.185mm), 2116 (0.105mm), 1080 (0.075mm), 3313 (0.095mm). U spessore propiu dopu a pressatura hè di solitu circa 10-15um menu di u valore originale. Un massimu di 3 compresse semi-guarite pò esse aduprate per u listessu stratu di infiltrazione, è u spessore di 3 compresse semi-guarite ùn pò micca esse uguale, almenu una compressa semi-guarita pò esse aduprata, ma alcuni fabbricanti devenu aduprà almenu dui . Se u spessore di u pezzu semi-curatu ùn hè micca abbastanza, a lamina di rame da i dui lati di a piastra di core pò esse incisa, è allora u pezzu semi-curatu pò esse incollatu da i dui lati, in modu chì un stratu di infiltrazione più spessa pò esse rializatu.

Stratu di saldatura di resistenza:

U gruixu di u stratu di resistenza à a saldatura nantu à a lamina di rame hè C2≈8-10um. U spessore di u stratu di resistenza à a saldatura nantu à a superficie senza foglia di rame hè C1, chì varieghja cù u spessore di u rame nantu à a superficie. Quandu u spessore di u ramu nantu à a superficia hè 45um, C1≈13-15um, è quandu u spessore di u ramu nantu à a superficia hè 70um, C1≈17-18um.

Sezione traversa:

Pensemu chì a sezione trasversale di un filu hè un rettangulu, ma hè in realtà un trapeziu. Pigliendu u stratu TOP cume un esempiu, quandu u spessore di u fogliu di rame hè 1OZ, u bordo inferiore superiore di u trapeziu hè 1MIL più cortu chè u bordo inferiore inferiore. Per esempiu, se a larghezza di a linea hè 5MIL, allora i lati superiore è inferiore sò circa 4MIL è i lati inferiore è inferiore sò circa 5MIL. A differenza trà i bordi superiore è inferiore hè legata à u spessore di u ramu. U tavulu seguente mostra a relazione trà u cima è u fondu di u trapeziu in diverse condizioni.

Cumu cuntrullà l’impedenza di cablaggio PCB

Permittività: A permittività di i fogli semi-guariti hè in relazione cù u spessore. A tavula seguente mostra u spessore è i parametri di permittività di i diversi tipi di fogli semi-curati:

Cumu cuntrullà l’impedenza di cablaggio PCB

A costante dielettrica di a piastra hè in leia cù u materiale di resina adupratu. A custante dielettrica di a placca FR4 hè 4.2 – 4.7, è diminuisce cù l’aumentu di a frequenza.

Fattore di perdita dielettrica: i materiali dielettrici sott’à l’azzione di un campu elettricu in alternanza, per via di u calore è di u cunsumu energeticu hè chjamatu perdita dielettrica, di solitu spressa da u fattore di perdita dielettrica Tan δ. U valore tipicu per S1141A hè 0.015.

Larghezza minima di linea è spaziatura di linea per assicurà l’usinamentu: 4mil / 4mil.

Introduzione di l’uttellu di calculu di impedenza:

Quandu avemu capitu a struttura di u bordu multistratu è ammaestremu i parametri richiesti, pudemu calculà l’impedenza per mezu di u software EDA. Pudete aduprà Allegro per fà questu, ma ricumandemu Polar SI9000, chì hè un bonu strumentu per calculà l’impedenza caratteristica è hè adupratu avà da parechje fabbriche di PCB.

Quandu si calcula l’impedenza caratteristica di u signale interiore sia di a linea differenziale sia di a linea terminale unica, truverete solu una leggera differenza trà Polar SI9000 è Allegro per via di alcuni dettagli, cum’è a forma di a sezione trasversale di u filu. Tuttavia, se hè per calculà l’impedenza caratteristica di u segnale di Superficie, vi suggeriu di sceglie u mudellu Rivestitu invece di u mudellu di Superficie, perchè tali mudelli tenenu in contu l’esistenza di un stratu di resistenza di saldatura, dunque i risultati saranu più precisi. U seguitu hè un screenshot parziale di l’impedenza di a linea differenziale di superficie calculata cù Polar SI9000 in cunsiderazione di u stratu di resistenza di saldatura:

Cumu cuntrullà l’impedenza di cablaggio PCB

Siccomu u spessore di u stratu di resistenza à saldatura ùn hè micca facilmente cuntrullatu, un approcciu apprussimativu pò ancu esse adupratu, cum’è raccomandatu da u fabbricante di u bordu: sottrae un valore specificu da u calculu di u mudellu Superficie. Hè cunsigliatu chì l’impedenza differenziale sia minus 8 ohm è l’impedenza à una sola estremità sia minus 2 ohm.

Requisiti differenziali di PCB per cablaggio

(1) Determinate u modu di cablaggio, parametri è calculu di impedenza. Ci hè dui tipi di modi di differenza per u routing di linea: modalità di differenza di linea di microstrip di stratu esterno è modalità di differenza di linea di striscia interna. L’impedenza pò esse calculata da un software di calculu di impedenza cunnessu (cum’è POLAR-SI9000) o da una formula di calculu di impedenza per mezu di parametri ragionevuli.

(2) Linee isometriche parallele. Determinate a larghezza è a spaziatura di a linea, è seguitate strettamente a larghezza è a spaziatura di a linea calculata quandu u routing. A spaziatura trà duie linee deve restà sempre invariata, vale à dì per mantene parallella. Ci hè dui modi di parallelisimu: unu hè chì e duie linee camminanu in u listessu stratu fiancu à fiancu, è l’altru hè chì e duie linee camminanu in u stratu sopra-sottu. Generalmente pruvate à evità di aduprà u segnale di differenza trà i strati, vale à dì perchè in a trasfurmazione attuale di PCB in u prucessu, per via di a precisione di allineamentu laminatu in cascata hè assai inferiore à quella prevista trà a precisione di attacco, è in u prucessu di perdita dielettrica laminata, ùn pò micca garantisce a spaziatura di a linea di differenza hè uguale à u spessore di u dielettricu in strati, causerà a differenza trà i strati di a differenza di cambiamentu di impedenza. Hè cunsigliatu di aduprà a differenza in u listessu stratu u più pussibule.