نحوه کنترل PCB امپدانس؟

Without impedance control, considerable signal reflection and distortion will be caused, resulting in design failure. سیگنال های رایج مانند گذرگاه PCI ، گذرگاه PCI-E ، USB ، اترنت ، حافظه DDR ، سیگنال LVDS و غیره ، همگی به کنترل امپدانس نیاز دارند. 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.

روشهای مختلف سیم کشی را می توان برای بدست آوردن مقدار امپدانس مربوطه محاسبه کرد.

Microstrip lines

• شامل یک نوار سیم با صفحه زمین و دی الکتریک در وسط است. اگر ثابت دی الکتریک ، عرض خط و فاصله آن از سطح زمین قابل کنترل باشد ، امپدانس مشخصه آن قابل کنترل است و دقت آن در حدود 5 ± خواهد بود.

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

خط خطی

خط روبان نواری از مس در وسط دی الکتریک بین دو صفحه رسانا است. 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:

به منظور کنترل خوب امپدانس PCB ، لازم است ساختار PCB را درک کنید:

معمولاً آن چیزی که ما آن را تخته چند لایه می نامیم از صفحه اصلی و ورق نیمه جامد لمینت شده با یکدیگر تشکیل شده است. صفحه اصلی یک صفحه سخت نازک و سخت است ، دو صفحه نان ، که مواد اولیه تخته چاپ است. 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.

معمولاً بیرونی ترین دو لایه دی الکتریک یک لایه چند لایه ، لایه های مرطوب هستند و لایه های جداگانه فویل مسی در خارج از این دو لایه به عنوان فویل مسی بیرونی استفاده می شود. مشخصات ضخامت اصلی فویل مسی بیرونی و فویل مسی داخلی عموما 0.5oz ، 1OZ ، 2OZ (1OZ حدود 35um یا 1.4mil است) است ، اما پس از یک سری درمان سطحی ، ضخامت نهایی فویل مس بیرونی به طور کلی حدود 1 اونس. فویل مسی داخلی پوشش مسی در دو طرف صفحه اصلی است. ضخامت نهایی تفاوت کمی با ضخامت اصلی دارد ، اما به طور کلی به دلیل اچ ، چندین um کاهش می یابد.

The outermost layer of the multilayer board is the welding resistance layer, which is what we often say “green oil”, of course, it can also be yellow or other colors. 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.

هنگامی که ضخامت خاصی از تخته چاپ ایجاد می شود ، از یک سو ، انتخاب معقول پارامترهای مواد مورد نیاز است ، از سوی دیگر ، ضخامت نهایی ورق نیمه پخته شده کوچکتر از ضخامت اولیه خواهد بود. در زیر یک ساختار روکش معمولی 6 لایه است:

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:

فویل مس سطحی:

There are three thicknesses of copper foil that can be used: 12um, 18um and 35um. ضخامت نهایی پس از اتمام حدود 44um ، 50um و 67um است.

صفحه اصلی: S1141A ، استاندارد FR-4 ، معمولاً از دو صفحه مسی نان دار استفاده می شود. مشخصات اختیاری را می توان با تماس با سازنده تعیین کرد.

Semi-cured tablet:

Specifications (original thickness) are 7628 (0.185mm), 2116 (0.105mm), 1080 (0.075mm), 3313 (0.095mm). The actual thickness after pressing is usually about 10-15um less than the original value. حداکثر 3 قرص نیمه پخت را می توان برای همان لایه نفوذی استفاده کرد و ضخامت 3 قرص نیمه پخته نمی تواند یکسان باشد ، حداقل می توان از یک قرص نیمه پخته استفاده کرد ، اما برخی تولید کنندگان باید حداقل از دو قرص استفاده کنند. به اگر ضخامت قطعه نیمه پخت کافی نباشد ، می توان فویل مسی را در دو طرف صفحه اصلی حک کرد و سپس قطعه نیمه پخته را می توان در هر دو طرف چسباند ، به طوری که یک لایه نفوذ ضخیم تر می شود. به دست آورد.

لایه جوش مقاومتی:

ضخامت لایه مقاوم در برابر لحیم کاری روی فویل مسی C2≈8-10um است. ضخامت لایه مقاوم در برابر لحیم کاری روی سطح بدون فویل مس C1 است که با ضخامت مس روی سطح متفاوت است. هنگامی که ضخامت مس در سطح 45um ، C1≈13-15um است ، و هنگامی که ضخامت مس در سطح 70um است ، C1≈17-18um.

بخش تراورس:

ما فکر می کنیم که سطح مقطع یک سیم مستطیل است ، اما در واقع یک ذوزنقه است. با در نظر گرفتن لایه TOP به عنوان مثال ، وقتی ضخامت فویل مس 1OZ است ، لبه زیرین ذوزنقه ای 1MIL کوتاهتر از لبه پایینی پایین است. به عنوان مثال ، اگر عرض خط 5MIL است ، پس طرف بالا و پایین حدود 4MIL و طرفهای پایین و پایین حدود 5MIL است. 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

مجاز بودن: میزان نفوذ ورق های نیمه پخته به ضخامت مربوط می شود. جدول زیر ضخامت و پارامترهای نفوذپذیری انواع مختلف ورق های نیمه پخت را نشان می دهد:

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

ثابت دی الکتریک صفحه مربوط به مواد رزین مورد استفاده است. ثابت دی الکتریک صفحه FR4 4.2 – 4.7 است و با افزایش فرکانس کاهش می یابد.

ضریب تلفات دی الکتریک: مواد دی الکتریک تحت اثر میدان الکتریکی متناوب ، به دلیل مصرف گرما و انرژی ، افت دی الکتریک نامیده می شود که معمولاً با ضریب از دست دادن دی الکتریک Tan δ بیان می شود. مقدار معمول برای S1141A 0.015 است.

حداقل عرض خط و فاصله خط برای اطمینان از ماشینکاری: 4mil/4mil.

معرفی ابزار محاسبه امپدانس:

هنگامی که ساختار برد چند لایه را درک کرده و پارامترهای مورد نیاز را فرا گرفتیم ، می توان امپدانس را از طریق نرم افزار EDA محاسبه کرد. برای انجام این کار می توانید از Allegro استفاده کنید ، اما من Polar SI9000 را توصیه می کنم ، که ابزار خوبی برای محاسبه امپدانس مشخصه است و اکنون توسط بسیاری از کارخانه های PCB استفاده می شود.

هنگام محاسبه امپدانس مشخصه سیگنال داخلی هر دو خط دیفرانسیل و یک خط پایانه ، به دلیل برخی جزئیات ، مانند شکل سطح مقطع سیم ، فقط تفاوت جزئی بین Polar SI9000 و Allegro پیدا خواهید کرد. با این حال ، اگر بخواهیم امپدانس مشخصه سیگنال سطح را محاسبه کنیم ، پیشنهاد می کنم مدل Coated را به جای مدل Surface انتخاب کنید ، زیرا چنین مدل هایی وجود لایه مقاومت لحیم کاری را در نظر می گیرند ، بنابراین نتایج دقیق تر خواهند بود. در زیر یک تصویر جزئی از امپدانس دیفرانسیل سطح با استفاده از Polar SI9000 با توجه به لایه مقاومت لحیم کاری محاسبه شده است:

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

از آنجا که ضخامت لایه مقاوم در برابر لحیم کاری به راحتی کنترل نمی شود ، می توان از یک روش تقریبی نیز استفاده کرد ، همانطور که توسط سازنده تخته توصیه شده است: مقدار خاصی را از محاسبه مدل سرفیس کم کنید. توصیه می شود امپدانس دیفرانسیل منهای 8 اهم و امپدانس تک سر منهای 2 اهم باشد.

الزامات دیفرانسیل PCB برای سیم کشی

(1) حالت سیم کشی ، پارامترها و محاسبه امپدانس را تعیین کنید. دو نوع تفاوت برای مسیریابی خط وجود دارد: حالت تفاوت خط میکرواستریپ لایه خارجی و حالت تفاوت خط نوار لایه داخلی. امپدانس را می توان با نرم افزار محاسبه امپدانس مربوطه (مانند POLAR-SI9000) یا فرمول محاسبه امپدانس از طریق تنظیم پارامترهای منطقی محاسبه کرد.

(2) خطوط ایزومتریک موازی. عرض خط و فاصله را تعیین کنید و هنگام مسیریابی عرض و فاصله خط محاسبه شده را به شدت دنبال کنید. فاصله بین دو خط همیشه باید بدون تغییر باقی بماند ، یعنی موازی نگه داشته شود. 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. به طور کلی سعی کنید از استفاده از سیگنال تفاوت بین لایه ها اجتناب کنید ، به این دلیل که در پردازش واقعی PCB در این فرایند ، به دلیل آبشاری همتراز دقت ، بسیار کمتر از آنچه بین دقت اچ کردن ارائه شده است ، و در روند از دست دادن دی الکتریک چند لایه ، نمی توان تضمین کرد که فاصله خط برابر با ضخامت دی الکتریک بین لایه است ، باعث ایجاد تفاوت بین لایه های تغییر امپدانس می شود. توصیه می شود تا حد امکان از تفاوت در همان لایه استفاده کنید.