Χωρίς έλεγχο σύνθετης αντίστασης, θα προκληθεί σημαντική αντανάκλαση και παραμόρφωση σήματος, με αποτέλεσμα την αποτυχία του σχεδιασμού. Τα κοινά σήματα, όπως δίαυλος PCI, δίαυλος PCI-E, USB, Ethernet, μνήμη DDR, σήμα LVDS κ.λπ., όλα χρειάζονται έλεγχο σύνθετης αντίστασης. Ο έλεγχος σύνθετης αντίστασης πρέπει τελικά να πραγματοποιηθεί μέσω του σχεδιασμού PCB, κάτι που θέτει επίσης υψηλότερες απαιτήσεις για PCB συμβούλιο τεχνολογία. Μετά από επικοινωνία με το εργοστάσιο PCB και σε συνδυασμό με τη χρήση λογισμικού EDA, η σύνθετη αντίσταση της καλωδίωσης ελέγχεται σύμφωνα με τις απαιτήσεις ακεραιότητας του σήματος.

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

Microstrip γραμμές

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%.

Πώς να ελέγξετε τη σύνθετη αντίσταση καλωδίωσης PCB

Stripline

Μια γραμμή κορδέλας είναι μια λωρίδα χαλκού στη μέση του διηλεκτρικού μεταξύ δύο αγώγιμων επιπέδων. Εάν το πάχος και το πλάτος της γραμμής, η διηλεκτρική σταθερά του μέσου και η απόσταση μεταξύ των επιπέδων γείωσης των δύο στρωμάτων είναι ελεγχόμενα, η χαρακτηριστική σύνθετη αντίσταση της γραμμής είναι ελεγχόμενη και η ακρίβεια είναι εντός 10%.

Πώς να ελέγξετε τη σύνθετη αντίσταση καλωδίωσης PCB

Η δομή του πίνακα πολλαπλών στρωμάτων:

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. Και το ημι-σκληρυμένο κομμάτι αποτελεί το λεγόμενο στρώμα διήθησης, παίζει το ρόλο της συγκόλλησης της πλάκας πυρήνα, αν και υπάρχει ένα ορισμένο αρχικό πάχος, αλλά στη διαδικασία πίεσης του πάχους του θα προκύψουν κάποιες αλλαγές.

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. Το πάχος του στρώματος αντίστασης συγκόλλησης δεν είναι γενικά εύκολο να προσδιοριστεί με ακρίβεια. Η περιοχή χωρίς φύλλο αλουμινόχαρτου στην επιφάνεια είναι ελαφρώς παχύτερη από την περιοχή με φύλλο χαλκού, αλλά λόγω της έλλειψης πάχους φύλλου χαλκού, έτσι το φύλλο χαλκού είναι ακόμα πιο εμφανές, όταν αγγίζουμε την επιφάνεια του τυπωμένου χαρτονιού με τα δάχτυλά μας.

Όταν γίνεται ένα συγκεκριμένο πάχος του τυπωμένου χαρτονιού, αφενός, απαιτείται λογική επιλογή παραμέτρων υλικού, αφετέρου, το τελικό πάχος του ημι-σκληρυμένου φύλλου θα είναι μικρότερο από το αρχικό πάχος. Το παρακάτω είναι μια τυπική πλαστικοποιημένη δομή 6 στρωμάτων:

Πώς να ελέγξετε τη σύνθετη αντίσταση καλωδίωσης PCB

Παράμετροι PCB:

Διαφορετικές εγκαταστάσεις PCB έχουν μικρές διαφορές στις παραμέτρους PCB. Μέσω της επικοινωνίας με την τεχνική υποστήριξη της μονάδας κυκλώματος, λάβαμε ορισμένα δεδομένα παραμέτρων του εργοστασίου:

Επιφανειακό φύλλο χαλκού:

Υπάρχουν τρία πάχη φύλλου χαλκού που μπορούν να χρησιμοποιηθούν: 12um, 18um και 35um. Το τελικό πάχος μετά το φινίρισμα είναι περίπου 44um, 50um και 67um.

Πυρήνα: S1141A, πρότυπο FR-4, χρησιμοποιούνται συνήθως δύο χάλκινες πλάκες. Οι προαιρετικές προδιαγραφές μπορούν να καθοριστούν επικοινωνώντας με τον κατασκευαστή.

Ημι-θεραπευμένο δισκίο:

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 Εάν το πάχος του ημι-σκληρυμένου τεμαχίου δεν είναι αρκετό, το φύλλο χαλκού και στις δύο πλευρές της πλάκας πυρήνα μπορεί να χαραχθεί και στη συνέχεια το ημι-σκληρυμένο κομμάτι μπορεί να κολληθεί και στις δύο πλευρές, έτσι ώστε να μπορεί να γίνει ένα παχύτερο στρώμα διήθησης επιτυγχάνεται.

Στρώμα συγκόλλησης με αντίσταση:

Το πάχος του στρώματος αντίστασης συγκόλλησης στο φύλλο χαλκού είναι C2≈8-10um. Το πάχος του στρώματος αντίστασης συγκόλλησης στην επιφάνεια χωρίς φύλλο χαλκού είναι C1, το οποίο ποικίλλει ανάλογα με το πάχος του χαλκού στην επιφάνεια. Όταν το πάχος του χαλκού στην επιφάνεια είναι 45um, C1≈13-15um, και όταν το πάχος του χαλκού στην επιφάνεια είναι 70um, C1≈17-18um.

Traverse section:

Θα πιστεύαμε ότι η διατομή ενός σύρματος είναι ορθογώνιο, αλλά στην πραγματικότητα είναι τραπεζοειδές. 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. Η διαφορά μεταξύ του άνω και του κάτω άκρου σχετίζεται με το πάχος του χαλκού. Ο παρακάτω πίνακας δείχνει τη σχέση μεταξύ άνω και κάτω του τραπεζοειδούς υπό διαφορετικές συνθήκες.

Πώς να ελέγξετε τη σύνθετη αντίσταση καλωδίωσης 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:

Πώς να ελέγξετε τη σύνθετη αντίσταση καλωδίωσης PCB

Η διηλεκτρική σταθερά της πλάκας σχετίζεται με το χρησιμοποιούμενο υλικό ρητίνης. Η διηλεκτρική σταθερά της πλάκας FR4 είναι 4.2 – 4.7 και μειώνεται με την αύξηση της συχνότητας.

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. Το παρακάτω είναι ένα μερικό στιγμιότυπο οθόνης της σύνθετης αντίστασης γραμμικής επιφάνειας που υπολογίστηκε με το Polar SI9000 λαμβάνοντας υπόψη το στρώμα αντίστασης συγκόλλησης:

Πώς να ελέγξετε τη σύνθετη αντίσταση καλωδίωσης 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. Υπάρχουν δύο τρόποι παραλληλισμού: ο ένας είναι ότι οι δύο γραμμές περπατούν στο ίδιο στρώμα δίπλα-δίπλα και ο άλλος είναι ότι οι δύο γραμμές περπατούν στο υπερ-κάτω στρώμα. 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.