Cómo controlar PCB ¿impedancia?

Without impedance control, considerable signal reflection and distortion will be caused, resulting in design failure. Las señales comunes, como bus PCI, bus PCI-E, USB, Ethernet, memoria DDR, señal LVDS, etc., necesitan control de impedancia. 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.

Se pueden calcular diferentes métodos de cableado para obtener el valor de impedancia correspondiente.

Microstrip lines

• Consiste en una tira de alambre con el plano de tierra y dieléctrico en el medio. Si la constante dieléctrica, el ancho de la línea y su distancia desde el plano de tierra son controlables, entonces su impedancia característica es controlable y la precisión estará dentro de ± 5%.

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

Stripline

Una línea de cinta es una tira de cobre en el medio del dieléctrico entre dos planos conductores. 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%.

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The structure of multi-layer board:

Para controlar bien la impedancia de la PCB, es necesario comprender la estructura de la PCB:

Por lo general, lo que llamamos tablero multicapa se compone de una placa central y una lámina semisólida laminada entre sí. La placa base es una placa de cobre de dos panes, de espesor específico, duro, que es el material básico de la placa impresa. 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.

Por lo general, las dos capas dieléctricas más externas de una multicapa son capas humedecidas, y se utilizan capas de lámina de cobre separadas en el exterior de estas dos capas como lámina de cobre externa. La especificación de espesor original de la lámina de cobre exterior y la lámina de cobre interior es generalmente de 0.5 oz, 1 oz, 2 oz (1 oz es aproximadamente 35um o 1.4 mil), pero después de una serie de tratamiento de superficie, el espesor final de la lámina de cobre exterior generalmente aumentará aproximadamente en aproximadamente 1 ONZA. La lámina de cobre interior es la cubierta de cobre en ambos lados de la placa del núcleo. El espesor final difiere poco del espesor original, pero generalmente se reduce en varios um debido al grabado.

La capa más externa del tablero multicapa es la capa de resistencia a la soldadura, que es lo que solemos decir “aceite verde”, por supuesto, también puede ser amarillo u otros colores. 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. La siguiente es una estructura laminada típica de 6 capas:

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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:

Lámina de cobre de superficie:

There are three thicknesses of copper foil that can be used: 12um, 18um and 35um. El espesor final después del acabado es de aproximadamente 44um, 50um y 67um.

Placa de núcleo: S1141A, estándar FR-4, se utilizan comúnmente dos placas de cobre empanadas. Las especificaciones opcionales se pueden determinar contactando al fabricante.

Semi-cured tablet:

Las especificaciones (grosor original) son 7628 (0.185 mm), 2116 (0.105 mm), 1080 (0.075 mm), 3313 (0.095 mm). El grosor real después del prensado suele ser aproximadamente 10-15um menor que el valor original. Se puede usar un máximo de 3 tabletas semicuradas para la misma capa de infiltración, y el grosor de 3 tabletas semicuradas no puede ser el mismo, se puede usar al menos la mitad de las tabletas curadas, pero algunos fabricantes deben usar al menos dos . 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.

Capa de soldadura por resistencia:

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.

Sección transversal:

We would think that the cross section of a wire is a rectangle, but it’s actually a trapezoid. Tomando la capa SUPERIOR como ejemplo, cuando el grosor de la hoja de cobre es 1OZ, el borde inferior superior del trapezoide es 1 MIL más corto que el borde inferior inferior. Por ejemplo, si el ancho de la línea es 5MIL, entonces los lados superior e inferior son aproximadamente 4MIL y los lados inferior e inferior son aproximadamente 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.

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Permitividad: La permitividad de las láminas semicuradas está relacionada con el espesor. La siguiente tabla muestra los parámetros de espesor y permitividad de diferentes tipos de láminas semicuradas:

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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.

Factor de pérdida dieléctrica: los materiales dieléctricos sometidos a la acción de un campo eléctrico alterno, debido al consumo de calor y energía se denomina pérdida dieléctrica, generalmente expresada por el factor de pérdida dieléctrica Tan δ. El valor típico para S1141A es 0.015.

Ancho mínimo de línea y espaciado de línea para asegurar el mecanizado: 4mil / 4mil.

Introducción a la herramienta de cálculo de impedancia:

Cuando entendemos la estructura de la placa multicapa y dominamos los parámetros requeridos, podemos calcular la impedancia a través del software EDA. Puede usar Allegro para hacer esto, pero recomiendo Polar SI9000, que es una buena herramienta para calcular la impedancia característica y ahora es utilizada por muchas fábricas de PCB.

Al calcular la impedancia característica de la señal interna tanto de la línea diferencial como de la línea de un solo terminal, encontrará solo una ligera diferencia entre Polar SI9000 y Allegro debido a algunos detalles, como la forma de la sección transversal del cable. Sin embargo, si se trata de calcular la impedancia característica de la señal de Surface, te sugiero que elijas el modelo Coated en lugar del modelo Surface, porque dichos modelos tienen en cuenta la existencia de una capa de resistencia a la soldadura, por lo que los resultados serán más precisos. The following is a partial screenshot of the surface differential line impedance calculated with Polar SI9000 considering the solder resistance layer:

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Dado que el grosor de la capa de resistencia de soldadura no se controla fácilmente, también se puede utilizar un enfoque aproximado, según lo recomendado por el fabricante de la placa: restar un valor específico del cálculo del modelo de superficie. Se recomienda que la impedancia diferencial sea de menos 8 ohmios y la impedancia de un solo extremo sea de menos 2 ohmios.

Requisitos de PCB diferencial para cableado

(1) Determine el modo de cableado, los parámetros y el cálculo de impedancia. Hay dos tipos de modos de diferencia para el enrutamiento de líneas: modo de diferencia de línea de microbanda de capa exterior y modo de diferencia de línea de tira de capa interior. La impedancia se puede calcular mediante el software de cálculo de impedancia relacionado (como POLAR-SI9000) o la fórmula de cálculo de impedancia mediante un ajuste de parámetros razonable.

(2) Líneas isométricas paralelas. Determine el ancho y el espaciado de las líneas, y siga estrictamente el ancho y el espaciado de las líneas calculados al enrutar. El espaciado entre dos líneas debe permanecer siempre sin cambios, es decir, mantenerse en paralelo. 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. En general, trate de evitar el uso de la señal de diferencia entre las capas, es decir, porque en el procesamiento real de PCB en el proceso, debido a la precisión de alineación laminada en cascada es mucho menor que la proporcionada entre la precisión de grabado y en el proceso de pérdida dieléctrica laminada, No se puede garantizar que el espaciado de línea de diferencia sea igual al grosor del dieléctrico de la capa intermedia, causará la diferencia entre las capas de la diferencia de cambio de impedancia. Se recomienda utilizar la diferencia dentro de la misma capa tanto como sea posible.