Sin control de impedancia, se producirá una considerable reflexión y distorsión de la señal, lo que resultará en fallas en el diseño. Las señales comunes, como bus PCI, bus PCI-E, USB, Ethernet, memoria DDR, señal LVDS, etc., necesitan control de impedancia. En última instancia, el control de impedancia debe realizarse a través del diseño de PCB, que también presenta requisitos más altos para Placa PCB tecnología. Después de la comunicación con la fábrica de PCB y combinado con el uso del software EDA, la impedancia del cableado se controla de acuerdo con los requisitos de integridad de la señal.

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

Líneas de microcinta

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%.

Cómo controlar la impedancia del cableado de la PCB

Stripline

Una línea de cinta es una tira de cobre en el medio del dieléctrico entre dos planos conductores. Si el grosor y el ancho de la línea, la constante dieléctrica del medio y la distancia entre los planos de tierra de las dos capas son controlables, la impedancia característica de la línea es controlable y la precisión está dentro del 10%.

Cómo controlar la impedancia del cableado de la PCB

La estructura del tablero multicapa:

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. Y la pieza semicurada constituye la llamada capa de infiltración, juega el papel de unir la placa del núcleo, aunque hay un cierto espesor inicial, pero en el proceso de prensado su espesor se producirán algunos cambios.

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. El espesor de la capa de resistencia a la soldadura generalmente no es fácil de determinar con precisión. El área sin lámina de cobre en la superficie es un poco más gruesa que el área con lámina de cobre, pero debido a la falta de espesor de la lámina de cobre, la lámina de cobre es aún más prominente, cuando tocamos la superficie del tablero impreso con nuestros dedos podemos sentir.

Cuando se hace un espesor particular de la placa impresa, por un lado, se requiere una elección razonable de los parámetros del material, por otro lado, el espesor final de la hoja semicurada será menor que el espesor inicial. La siguiente es una estructura laminada típica de 6 capas:

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Parámetros de PCB:

Las diferentes plantas de PCB tienen ligeras diferencias en los parámetros de PCB. A través de la comunicación con el soporte técnico de la planta de placa de circuito, obtuvimos algunos datos de parámetros de la planta:

Lámina de cobre de superficie:

Hay tres espesores de lámina de cobre que se pueden utilizar: 12um, 18um y 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.

Comprimido semicurado:

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 . Si el grosor de la pieza semicurada no es suficiente, la lámina de cobre en ambos lados de la placa del núcleo se puede grabar y luego la pieza semicurada se puede unir en ambos lados, de modo que se pueda aplicar una capa de infiltración más gruesa. logrado.

Capa de soldadura por resistencia:

El espesor de la capa de resistencia a la soldadura en la lámina de cobre es C2≈8-10um. El espesor de la capa protectora de soldadura en la superficie sin lámina de cobre es C1, que varía con el espesor del cobre en la superficie. Cuando el espesor del cobre en la superficie es 45um, C1≈13-15um, y cuando el espesor del cobre en la superficie es 70um, C1≈17-18um.

Sección transversal:

Pensaríamos que la sección transversal de un cable es un rectángulo, pero en realidad es un trapezoide. 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. La diferencia entre los bordes superior e inferior está relacionada con el espesor del cobre. La siguiente tabla muestra la relación entre la parte superior e inferior del trapezoide en diferentes condiciones.

Cómo controlar la impedancia del cableado de la PCB

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:

Cómo controlar la impedancia del cableado de la PCB

La constante dieléctrica de la placa está relacionada con el material de resina utilizado. La constante dieléctrica de la placa FR4 es 4.2 – 4.7 y disminuye con el aumento de frecuencia.

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. La siguiente es una captura de pantalla parcial de la impedancia de línea diferencial de superficie calculada con Polar SI9000 considerando la capa de resistencia a la soldadura:

Cómo controlar la impedancia del cableado de la PCB

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. Hay dos formas de paralelismo: una es que las dos líneas caminan en la misma capa una al lado de la otra, y la otra es que las dos líneas caminan en la capa superior-inferior. 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.