Jak ovládat PCB impedance?

Without impedance control, considerable signal reflection and distortion will be caused, resulting in design failure. Běžné signály, jako je sběrnice PCI, sběrnice PCI-E, USB, ethernet, paměť DDR, signál LVDS atd., To vše vyžaduje řízení impedance. Řízení impedance je v konečném důsledku nutné realizovat prostřednictvím návrhu desky plošných spojů, který také klade vyšší požadavky na technologii desek plošných spojů. Po komunikaci s továrnou na desky plošných spojů a v kombinaci s použitím softwaru EDA je impedance vedení řízena podle požadavků na integritu signálu.

Pro získání odpovídající hodnoty impedance lze vypočítat různé způsoby zapojení.

Microstrip lines

• Skládá se z pásu drátu se zemnící rovinou a dielektrikem uprostřed. Pokud je možné ovládat dielektrickou konstantu, šířku čáry a její vzdálenost od základní roviny, pak je možné ovládat její charakteristickou impedanci a přesnost bude v rozmezí ± 5%.

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

Pásková linka

Páska je pás mědi uprostřed dielektrika mezi dvěma vodivými rovinami. 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:

Aby bylo možné dobře ovládat impedanci DPS, je nutné porozumět struktuře DPS:

To, co nazýváme vícevrstvou deskou, je obvykle tvořeno jádrovou deskou a polotuhým plechem laminovaným navzájem. Základní deska je tvrdá měděná deska o dvou tloušťkách, která je základním materiálem tištěné desky. 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.

Nejvzdálenějšími dvěma dielektrickými vrstvami vícevrstvých vrstev jsou obvykle smáčené vrstvy a na vnější straně těchto dvou vrstev jsou použity vnější vrstvy měděné fólie jako vnější měděná fólie. Původní specifikace tloušťky vnější měděné fólie a vnitřní měděné fólie je obecně 0.5 oz, 1OZ, 2OZ (1OZ je asi 35 um nebo 1.4 mil), ale po sérii povrchových úprav se konečná tloušťka vnější měděné fólie obecně zvýší asi o 1OZ. Vnitřní měděná fólie je měděný kryt na obou stranách jádrové desky. Konečná tloušťka se liší jen málo od původní tloušťky, ale je obecně snížena o několik um kvůli leptání.

The outermost layer of the multilayer board is the welding resistance layer, which is what we often say “green oil”, of course, it can also be yellow or other colors. 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.

Když je vyrobena konkrétní tloušťka tištěné desky, je na jedné straně vyžadován rozumný výběr materiálových parametrů, na druhé straně bude konečná tloušťka polovytvrzeného listu menší než počáteční tloušťka. Následuje typická 6vrstvá laminovaná 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:

Povrchová měděná fólie:

There are three thicknesses of copper foil that can be used: 12um, 18um and 35um. Konečná tloušťka po dokončení je asi 44um, 50um a 67um.

Jádrová deska: S1141A, standardní FR-4, běžně se používají dvě obalované měděné desky. Volitelné specifikace lze určit kontaktováním výrobce.

Semi-cured tablet:

Specifikace (původní tloušťka) jsou 7628 (0.185 mm), 2116 (0.105 mm), 1080 (0.075 mm), 3313 (0.095 mm). Skutečná tloušťka po lisování je obvykle asi o 10-15um menší než původní hodnota. Na stejnou infiltrační vrstvu lze použít maximálně 3 polotuhé tablety a tloušťka 3 polotuhých tablet nemůže být stejná, lze použít alespoň jednu polovinu vytvrzenou tabletu, ale někteří výrobci musí použít alespoň dvě . Pokud tloušťka polovytvrzeného kusu nestačí, lze měděnou fólii na obou stranách jádrové desky odleptat a poté polotvrdý kus na obou stranách spojit, takže lze vytvořit silnější infiltrační vrstvu dosaženo.

Odporová svařovací vrstva:

Tloušťka vrstvy odolné proti pájení na měděné fólii je C2≈8-10um. Tloušťka vrstvy odolné proti pájce na povrchu bez měděné fólie je C1, která se mění podle tloušťky mědi na povrchu. Když je tloušťka mědi na povrchu 45um, C1≈13-15um, a když je tloušťka mědi na povrchu 70um, C1≈17-18um.

Traverse sekce:

Mysleli bychom si, že průřez drátu je obdélník, ale ve skutečnosti je to lichoběžník. Vezmeme -li jako příklad TOP vrstvu, je -li tloušťka měděné fólie 1OZ, horní spodní okraj lichoběžníku je o 1MIL kratší než spodní spodní okraj. Pokud je například šířka čáry 5 mil., Pak horní a dolní strany jsou přibližně 4 mil. A spodní a spodní strany jsou přibližně 5 mil. Rozdíl mezi horním a dolním okrajem souvisí s tloušťkou mědi. Následující tabulka ukazuje vztah mezi horní a dolní částí lichoběžníku za různých podmínek.

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

Permitivita: Permitivita částečně vytvrzených plechů souvisí s tloušťkou. Následující tabulka ukazuje parametry tloušťky a permitivity různých typů polotvrdých plechů:

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

Dielektrická konstanta desky souvisí s použitým pryskyřičným materiálem. Dielektrická konstanta desky FR4 je 4.2 – 4.7 a klesá s nárůstem frekvence.

Dielektrický ztrátový faktor: dielektrické materiály působením střídavého elektrického pole v důsledku spotřeby tepla a energie se nazývají dielektrické ztráty, obvykle vyjádřené dielektrickým ztrátovým faktorem Tan δ. Typická hodnota pro S1141A je 0.015.

Minimální šířka čáry a řádkování pro zajištění obrábění: 4 mil/4 mil.

Úvod do nástroje pro výpočet impedance:

Když porozumíme struktuře vícevrstvé desky a zvládneme požadované parametry, můžeme vypočítat impedanci pomocí softwaru EDA. K tomu můžete použít Allegro, ale doporučuji Polar SI9000, což je dobrý nástroj pro výpočet charakteristické impedance a nyní jej používá mnoho továren na PCB.

Při výpočtu charakteristické impedance vnitřního signálu diferenciální linky a jediné koncové linky najdete mezi Polar SI9000 a Allegro jen nepatrný rozdíl kvůli některým detailům, jako je tvar průřezu drátu. Pokud však jde o výpočet charakteristické impedance povrchového signálu, navrhuji, abyste místo modelu Surface zvolili model Coated, protože takové modely zohledňují existenci vrstvy odporu pájky, takže výsledky budou přesnější. Následuje částečný snímek impedance povrchové diferenciální linie vypočtené pomocí Polar SI9000 s ohledem na vrstvu odporu pájky:

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

Protože tloušťka vrstvy pájeného odporu není snadno kontrolovatelná, lze také použít přibližný přístup, jak doporučuje výrobce desky: odečtěte konkrétní hodnotu od výpočtu modelu povrchu. Doporučuje se, aby rozdílová impedance byla minus 8 ohmů a impedance jednoho konce minus 2 ohmy.

Diferenciální požadavky na PCB pro zapojení

(1) Určete režim zapojení, parametry a výpočet impedance. Pro směrování linek existují dva druhy rozdílových režimů: režim rozdílu řádků mikropáskových linek vnější vrstvy a režim rozdílu liniových pruhů vnitřní vrstvy. Impedanci lze vypočítat pomocí souvisejícího softwaru pro výpočet impedance (například POLAR-SI9000) nebo vzorce pro výpočet impedance pomocí rozumného nastavení parametrů.

(2) Paralelní izometrické čáry. Určete šířku čáry a mezery a při směrování striktně dodržujte vypočítanou šířku čáry a mezery. Mezery mezi dvěma řádky musí vždy zůstat nezměněny, to znamená, aby byly rovnoběžné. 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. Obecně se snažte vyhnout se použití rozdílového signálu mezi vrstvami, a to zejména proto, že při skutečném zpracování DPS v procesu je kvůli kaskádové laminované přesnosti zarovnání mnohem nižší, než je stanoveno mezi přesností leptání a v procesu laminované ztráty dielektrika, nemůže zaručit rozdíl řádkování se rovná tloušťce mezivrstevného dielektrika, způsobí rozdíl mezi vrstvami rozdílu změny impedance. Doporučuje se použít rozdíl ve stejné vrstvě co nejvíce.