Sådan styres PCB impedans?

Without impedance control, considerable signal reflection and distortion will be caused, resulting in design failure. Fælles signaler, såsom PCI-bus, PCI-E-bus, USB, Ethernet, DDR-hukommelse, LVDS-signal osv., Har alle brug for impedansstyring. Impedansstyring skal i sidste ende realiseres gennem PCB -design, hvilket også stiller højere krav til printkortteknologi. Efter kommunikation med PCB -fabrik og kombineret med brug af EDA -software kontrolleres ledningsimpedansen i henhold til kravene til signalintegritet.

Forskellige ledningsmetoder kan beregnes for at få den tilsvarende impedansværdi.

Microstrip lines

• Den består af en trådstrimmel med jordplanet og dielektrikum i midten. Hvis den dielektriske konstant, linjens bredde og dens afstand fra jordplanet kan kontrolleres, er dens karakteristiske impedans kontrollerbar, og nøjagtigheden vil være inden for ± 5%.

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

Stripline

En båndlinje er en kobberstrimmel i midten af ​​dielektrikummet mellem to ledende planer. 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:

For at kontrollere PCB -impedansen godt er det nødvendigt at forstå PCB -strukturen:

Normalt består det vi kalder flerlagsplade af kerneplade og halvstivnet ark lamineret sammen med hinanden. Core board er en hård, specifik tykkelse, to brød kobberplade, som er grundmaterialet i det trykte bord. 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.

Normalt er de yderste to dielektriske lag i et flerlag befugtede lag, og separate kobberfolielag bruges på ydersiden af ​​disse to lag som den ydre kobberfolie. Den originale tykkelsespecifikation for ydre kobberfolie og indre kobberfolie er generelt 0.5 oz, 1 OZ, 2 OZ (1 OZ er ca. 35 um eller 1.4 mil), men efter en række overfladebehandling vil den endelige tykkelse af ydre kobberfolie generelt stige med ca. 1 OZ. Den indre kobberfolie er kobberdækslet på begge sider af kernepladen. Den endelige tykkelse adskiller sig lidt fra den oprindelige tykkelse, men den reduceres generelt med flere um på grund af ætsning.

Det yderste lag af flerlagspladen er svejsebestandighedslaget, hvilket vi ofte siger “grøn olie”, selvfølgelig kan det også være gult eller andre farver. 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. Følgende er en typisk 6-lags lamineret struktur:

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:

Overflade kobberfolie:

There are three thicknesses of copper foil that can be used: 12um, 18um and 35um. Den endelige tykkelse efter finish er omkring 44um, 50um og 67um.

Kerneplade: S1141A, standard FR-4, to panerede kobberplader bruges almindeligvis. De valgfri specifikationer kan bestemmes ved at kontakte producenten.

Semi-cured tablet:

Specifikationer (original tykkelse) er 7628 (0.185 mm), 2116 (0.105 mm), 1080 (0.075 mm), 3313 (0.095 mm). Den faktiske tykkelse efter presning er normalt omkring 10-15um mindre end den oprindelige værdi. Der kan maksimalt bruges 3 halvhærdede tabletter til det samme infiltrationslag, og tykkelsen på 3 halvhærdede tabletter kan ikke være den samme, mindst en halvhærdet tablet kan bruges, men nogle producenter skal bruge mindst to . Hvis tykkelsen af ​​det halvhærdede stykke ikke er nok, kan kobberfolien på begge sider af kernepladen ætses af, og derefter kan det halvhærdede stykke bindes på begge sider, så et tykkere infiltrationslag kan blive opnået.

Modstandssvejsningslag:

Tykkelsen af ​​loddemetallaget på kobberfolien er C2≈8-10um. Tykkelsen af ​​loddebestandigt lag på overfladen uden kobberfolie er C1, som varierer med tykkelsen af ​​kobber på overfladen. Når tykkelsen af ​​kobber på overfladen er 45um, C1≈13-15um, og når tykkelsen af ​​kobber på overfladen er 70um, C1≈17-18um.

Traversektion:

Vi ville tro, at tværsnittet af en ledning er et rektangel, men det er faktisk et trapez. Når man tager det øverste lag som et eksempel, når tykkelsen af ​​kobberfolie er 1 OZ, er den øverste nederste kant af trapez 1MIL kortere end den nedre nederste kant. For eksempel, hvis linjebredden er 5MIL, er top- og undersiden cirka 4MIL, og bund- og undersiden er ca. 5MIL. Forskellen mellem top- og bundkanter er relateret til kobbertykkelse. Følgende tabel viser forholdet mellem top og bund af trapez under forskellige forhold.

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

Permittivitet: Permittiviteten for halvhærdede ark er relateret til tykkelse. Følgende tabel viser tykkelses- og permittivitetsparametrene for forskellige typer halvhærdede ark:

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

Pladens dielektriske konstant er relateret til det anvendte harpiksmateriale. Den dielektriske konstant for FR4 -pladen er 4.2 – 4.7 og falder med stigningen i frekvensen.

Dielektrisk tabsfaktor: dielektriske materialer under virkningen af ​​skiftevis elektrisk felt på grund af varme og energiforbrug kaldes dielektrisk tab, normalt udtrykt ved dielektrisk tabsfaktor Tan δ. Den typiske værdi for S1141A er 0.015.

Minimum linjebredde og linjeafstand for at sikre bearbejdning: 4mil/4mil.

Introduktion til beregning af impedansberegning:

Når vi forstår strukturen på flerlagspladen og mestrer de nødvendige parametre, kan vi beregne impedansen gennem EDA -software. Du kan bruge Allegro til at gøre dette, men jeg anbefaler Polar SI9000, som er et godt værktøj til beregning af karakteristisk impedans og nu bruges af mange PCB -fabrikker.

Ved beregning af den karakteristiske impedans for det indre signal fra både differentiallinjen og den enkelte terminallinje finder du kun en lille forskel mellem Polar SI9000 og Allegro på grund af nogle detaljer, såsom formen på ledningens tværsnit. Men hvis det skal beregne den karakteristiske impedans af Surface -signalet, foreslår jeg, at du vælger Coated -modellen i stedet for Surface -modellen, fordi sådanne modeller tager højde for eksistensen af ​​loddemodstandslag, så resultaterne bliver mere præcise. Følgende er et delvis skærmbillede af overfladedifferentialelinjens impedans beregnet med Polar SI9000 i betragtning af loddemodstandslaget:

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

Da tykkelsen af ​​loddebestandigt lag ikke let kan kontrolleres, kan der også bruges en omtrentlig fremgangsmåde, som anbefalet af tavleproducenten: træk en bestemt værdi fra overflademodelberegningen. Det anbefales, at differentialimpedansen er minus 8 ohm og single-end impedansen er minus 2 ohm.

Differentiale PCB -krav til ledninger

(1) Bestem ledningstilstand, parametre og impedansberegning. Der er to slags forskellighedstilstande til linjeføring: ydre lag mikrostrimmel linje forskelstilstand og indre lag strimmel linje forskel tilstand. Impedans kan beregnes ved hjælp af relateret impedansberegningssoftware (f.eks. POLAR-SI9000) eller impedansberegningsformel gennem rimelig parameterindstilling.

(2) Parallelle isometriske linjer. Bestem linjebredde og afstand, og følg nøje den beregnede linjebredde og afstand ved routing. Afstanden mellem to linjer skal altid forblive uændret, det vil sige at holde parallelt. 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. Prøv generelt at undgå at bruge differenssignalet mellem lagene, nemlig fordi der i selve behandlingen af ​​PCB i processen på grund af den kaskaderende laminerede justeringsnøjagtighed er meget lavere end angivet mellem ætsningspræcisionen og i processen med lamineret dielektrisk tab, kan ikke garantere forskellen linjeafstand er lig med tykkelsen af ​​mellemlagets dielektriske, vil forårsage forskellen mellem lagene i forskellen i impedansændring. Det anbefales at bruge forskellen inden for det samme lag så meget som muligt.