Uden impedansstyring forårsages betydelig signalreflektion og forvrængning, hvilket resulterer i konstruktionsfejl. 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 PCB bord teknologi. Efter kommunikation med PCB-fabrikken og kombineret med brug af EDA-software, styres impedansen af ​​ledninger i henhold til kravene til signalintegritet.

Forskellige ledningsmetoder kan beregnes for at få den tilsvarende impedansværdi.

Microstrip linjer

Den består af en stribe ledning 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%.

Sådan styres PCB-ledningsimpedans

Stripline

En båndlinje er en kobberstrimmel i midten af ​​dielektrikummet mellem to ledende planer. Hvis linjens tykkelse og bredde, mediets dielektriske konstant og afstanden mellem de to lages jordplaner kan kontrolleres, er linjens karakteristiske impedans kontrollerbar, og nøjagtigheden er inden for 10%.

Sådan styres PCB-ledningsimpedans

Strukturen af ​​flerlagsbræt:

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. Og det halvhærdede stykke udgør det såkaldte infiltrationslag, spiller rollen som limning af kernepladen, selvom der er en vis indledende tykkelse, men i processen med at trykke på dens tykkelse vil der forekomme nogle ændringer.

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. Tykkelsen af ​​loddemodstandslaget er generelt ikke let at bestemme nøjagtigt. Området uden kobberfolie på overfladen er lidt tykkere end området med kobberfolie, men på grund af manglen på kobberfolie tykkelse, så er kobberfolien stadig mere fremtrædende, når vi rører ved den trykte pladeoverflade med fingrene kan føles.

Når der foretages en bestemt tykkelse af det trykte bræt, på den ene side kræves et rimeligt valg af materialeparametre, på den anden side vil den endelige tykkelse af det halvhærdede ark være mindre end den oprindelige tykkelse. Følgende er en typisk 6-lags lamineret struktur:

Sådan styres PCB-ledningsimpedans

PCB -parametre:

Forskellige PCB -anlæg har små forskelle i PCB -parametre. Gennem kommunikation med kredsløbets tekniske support fik vi nogle parameterdata for anlægget:

Overflade kobberfolie:

Der er tre tykkelser af kobberfolie, der kan bruges: 12um, 18um og 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.

Halvhærdet 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.

Sådan styres PCB-ledningsimpedans

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

Sådan styres PCB-ledningsimpedans

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:

Sådan styres PCB-ledningsimpedans

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. Der er to måder at parallelisere på: Den ene er, at de to linjer går i det samme side om side lag, og den anden er, at de to linjer går i det over-under lag. 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.