Πώς να ελέγξετε PCB αντίσταση?

Without impedance control, considerable signal reflection and distortion will be caused, resulting in design failure. Τα κοινά σήματα, όπως δίαυλος PCI, δίαυλος PCI-E, USB, Ethernet, μνήμη DDR, σήμα LVDS κ.λπ., όλα χρειάζονται έλεγχο σύνθετης αντίστασης. Impedance control ultimately needs to be realized through PCB design, which also puts forward higher requirements for PCB board technology. After communication with PCB factory and combined with the use of EDA software, the impedance of wiring is controlled according to the requirements of signal integrity.

Μπορούν να υπολογιστούν διαφορετικές μέθοδοι καλωδίωσης για να ληφθεί η αντίστοιχη τιμή σύνθετης αντίστασης.

Microstrip lines

• Αποτελείται από μια λωρίδα σύρματος με το επίπεδο γείωσης και διηλεκτρικό στη μέση. Εάν η διηλεκτρική σταθερά, το πλάτος της γραμμής και η απόσταση της από το επίπεδο γείωσης είναι ελεγχόμενα, τότε η χαρακτηριστική σύνθετη αντίστασή της είναι ελεγχόμενη και η ακρίβεια θα είναι ± 5%.

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

Stripline

Μια γραμμή κορδέλας είναι μια λωρίδα χαλκού στη μέση του διηλεκτρικού μεταξύ δύο αγώγιμων επιπέδων. 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:

Για να ελέγξετε καλά τη σύνθετη αντίσταση PCB, είναι απαραίτητο να κατανοήσετε τη δομή του PCB:

Συνήθως αυτό που ονομάζουμε πολυστρωματικό χαρτόνι αποτελείται από πλάκα πυρήνα και ημι-στερεοποιημένο φύλλο πλαστικοποιημένο μεταξύ τους. Ο πυρήνας είναι ένας σκληρός, συγκεκριμένου πάχους, δύο χάλκινες πλάκες ψωμιού, που είναι το βασικό υλικό της τυπωμένης σανίδας. 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.

Συνήθως τα δύο εξώτατα διηλεκτρικά στρώματα ενός πολυστρωματικού είναι υγρά στρώματα και χωριστά στρώματα φύλλου χαλκού χρησιμοποιούνται στο εξωτερικό αυτών των δύο στρωμάτων ως εξωτερικό φύλλο χαλκού. Η αρχική προδιαγραφή πάχους του εξωτερικού φύλλου χαλκού και του εσωτερικού φύλλου χαλκού είναι γενικά 0.5oz, 1OZ, 2OZ (1OZ είναι περίπου 35um ή 1.4mil), αλλά μετά από μια σειρά επιφανειακής επεξεργασίας, το τελικό πάχος του εξωτερικού φύλλου χαλκού γενικά θα αυξηθεί κατά περίπου 1OZ Το εσωτερικό φύλλο χαλκού είναι το χάλκινο κάλυμμα και στις δύο πλευρές της πλάκας πυρήνα. Το τελικό πάχος διαφέρει ελάχιστα από το αρχικό πάχος, αλλά γενικά μειώνεται κατά αρκετά um λόγω χάραξης.

Το εξωτερικό στρώμα του πολυστρωματικού χαρτιού είναι το στρώμα αντίστασης συγκόλλησης, το οποίο λέμε συχνά “πράσινο λάδι”, φυσικά, μπορεί επίσης να είναι κίτρινο ή άλλα χρώματα. 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. Το παρακάτω είναι μια τυπική πλαστικοποιημένη δομή 6 στρωμάτων:

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:

Επιφανειακό φύλλο χαλκού:

There are three thicknesses of copper foil that can be used: 12um, 18um and 35um. Το τελικό πάχος μετά το φινίρισμα είναι περίπου 44um, 50um και 67um.

Core plate: S1141A, standard FR-4, two breaded copper plates are commonly used. The optional specifications can be determined by contacting the manufacturer.

Semi-cured tablet:

Προδιαγραφές (αρχικό πάχος) είναι 7628 (0.185mm), 2116 (0.105mm), 1080 (0.075mm), 3313 (0.095mm). Το πραγματικό πάχος μετά το πάτημα είναι συνήθως περίπου 10-15um μικρότερο από την αρχική τιμή. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν έως και 3 ημιθεραπευμένα δισκία για το ίδιο στρώμα διήθησης και το πάχος 3 ημιθεραπευμένων δισκίων δεν μπορεί να είναι το ίδιο, μπορούν να χρησιμοποιηθούν τουλάχιστον ένα μισό σκληρυμένο δισκίο, αλλά ορισμένοι κατασκευαστές πρέπει να χρησιμοποιήσουν τουλάχιστον δύο Το If the thickness of the semi-cured piece is not enough, the copper foil on both sides of the core plate can be etched off, and then the semi-cured piece can be bonded on both sides, so that a thicker infiltration layer can be achieved.

Στρώμα συγκόλλησης με αντίσταση:

The thickness of the solder resist layer on the copper foil is C2≈8-10um. The thickness of the solder resist layer on the surface without copper foil is C1, which varies with the thickness of copper on the surface. When the thickness of copper on the surface is 45um, C1≈13-15um, and when the thickness of copper on the surface is 70um, C1≈17-18um.

Traverse section:

We would think that the cross section of a wire is a rectangle, but it’s actually a trapezoid. Λαμβάνοντας ως παράδειγμα το στρώμα TOP, όταν το πάχος του φύλλου χαλκού είναι 1OZ, το άνω κάτω άκρο του τραπεζοειδούς είναι 1MIL μικρότερο από το κάτω κάτω άκρο. Για παράδειγμα, εάν το πλάτος γραμμής είναι 5MIL, τότε η επάνω και η κάτω πλευρά είναι περίπου 4MIL και η κάτω και κάτω πλευρά είναι περίπου 5MIL. The difference between top and bottom edges is related to copper thickness. The following table shows the relationship between top and bottom of trapezoid under different conditions.

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

Διαπερατότητα: Η διαπερατότητα των ημι-σκληρυμένων φύλλων σχετίζεται με το πάχος. Ο παρακάτω πίνακας δείχνει τις παραμέτρους πάχους και διαπερατότητας διαφορετικών τύπων ημι-σκληρυμένων φύλλων:

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

The dielectric constant of the plate is related to the resin material used. The dielectric constant of FR4 plate is 4.2 — 4.7, and decreases with the increase of frequency.

Διηλεκτρικός συντελεστής απώλειας: διηλεκτρικά υλικά υπό την επίδραση εναλλασσόμενου ηλεκτρικού πεδίου, λόγω κατανάλωσης θερμότητας και ενέργειας ονομάζεται διηλεκτρική απώλεια, που συνήθως εκφράζεται με τον διηλεκτρικό συντελεστή απώλειας Tan δ. Η τυπική τιμή για το S1141A είναι 0.015.

Ελάχιστο πλάτος γραμμής και απόσταση γραμμών για να εξασφαλιστεί η κατεργασία: 4mil/4mil.

Εισαγωγή εργαλείου υπολογισμού σύνθετης αντίστασης:

Όταν κατανοήσουμε τη δομή του πίνακα πολλαπλών στρωμάτων και κατακτήσουμε τις απαιτούμενες παραμέτρους, μπορούμε να υπολογίσουμε τη σύνθετη αντίσταση μέσω λογισμικού EDA. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε το Allegro για να το κάνετε αυτό, αλλά προτείνω το Polar SI9000, το οποίο είναι ένα καλό εργαλείο για τον υπολογισμό της χαρακτηριστικής σύνθετης αντίστασης και τώρα χρησιμοποιείται από πολλά εργοστάσια PCB.

Κατά τον υπολογισμό της χαρακτηριστικής σύνθετης αντίστασης του εσωτερικού σήματος τόσο της διαφορικής γραμμής όσο και της μονής τερματικής γραμμής, θα βρείτε μια μικρή διαφορά μεταξύ του Polar SI9000 και του Allegro λόγω ορισμένων λεπτομερειών, όπως το σχήμα της διατομής του σύρματος. Ωστόσο, εάν πρόκειται να υπολογίσετε τη χαρακτηριστική σύνθετη αντίσταση του σήματος επιφάνειας, σας προτείνω να επιλέξετε το μοντέλο Coated αντί για το μοντέλο Surface, επειδή τέτοια μοντέλα λαμβάνουν υπόψη την ύπαρξη στρώματος αντίστασης συγκόλλησης, οπότε τα αποτελέσματα θα είναι πιο ακριβή. The following is a partial screenshot of the surface differential line impedance calculated with Polar SI9000 considering the solder resistance layer:

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

Δεδομένου ότι το πάχος του στρώματος αντίστασης συγκόλλησης δεν ελέγχεται εύκολα, μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί μια προσέγγιση κατά προσέγγιση, όπως συνιστά ο κατασκευαστής της σανίδας: αφαιρέστε μια συγκεκριμένη τιμή από τον υπολογισμό του μοντέλου Surface. Συνιστάται η διαφορική σύνθετη αντίσταση να είναι μείον 8 ohm και η σύνθετη σύνθετη αντίσταση να είναι μείον 2 ohm.

Διαφορικές απαιτήσεις PCB για καλωδίωση

(1) Καθορίστε τη λειτουργία καλωδίωσης, τις παραμέτρους και τον υπολογισμό της σύνθετης αντίστασης. Υπάρχουν δύο τύποι τρόπων διαφοράς για τη δρομολόγηση γραμμών: λειτουργία διαφοράς γραμμής εξωτερικής στρώσης microstrip και λειτουργία διαφοράς γραμμής εσωτερικής στρώσης. Η σύνθετη αντίσταση μπορεί να υπολογιστεί με σχετικό λογισμικό υπολογισμού σύνθετης αντίστασης (όπως το POLAR-SI9000) ή από τον τύπο υπολογισμού σύνθετης αντίστασης μέσω εύλογης ρύθμισης παραμέτρων.

(2) Παράλληλες ισομετρικές γραμμές. Προσδιορίστε το πλάτος και την απόσταση γραμμών και ακολουθήστε αυστηρά το υπολογιζόμενο πλάτος και απόσταση μεταξύ γραμμών κατά τη δρομολόγηση. Η απόσταση μεταξύ δύο γραμμών πρέπει πάντα να παραμένει αμετάβλητη, δηλαδή να διατηρείται παράλληλη. 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. Γενικά προσπαθήστε να αποφύγετε τη χρήση του σήματος διαφοράς μεταξύ των στρωμάτων, συγκεκριμένα επειδή στην πραγματική επεξεργασία του PCB στη διαδικασία, λόγω της διαδοχικής επένδυσης η ακρίβεια ευθυγράμμισης είναι πολύ χαμηλότερη από αυτή που παρέχεται μεταξύ της ακρίβειας χάραξης και κατά τη διαδικασία της ελασματοποιημένης διηλεκτρικής απώλειας, δεν μπορεί να εγγυηθεί ότι η απόσταση μεταξύ των γραμμών είναι ίση με το πάχος του διηλεκτρικού ενδιάμεσου στρώματος, θα προκαλέσει τη διαφορά μεταξύ των στρωμάτων της διαφοράς της αλλαγής σύνθετης αντίστασης. Συνιστάται να χρησιμοποιείτε τη διαφορά στο ίδιο επίπεδο όσο το δυνατόν περισσότερο.