بدون کنترل امپدانس ، بازتاب و اعوجاج قابل توجهی از سیگنال ایجاد می شود که منجر به شکست طراحی می شود. 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 برد PCB 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.

خطوط میکرواستریپ

It consists of a strip of wire with the ground plane and dielectric in the middle. 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.

How to control PCB wiring impedance

خط خطی

خط روبان نواری از مس در وسط دی الکتریک بین دو صفحه رسانا است. اگر ضخامت و عرض خط ، ثابت دی الکتریک محیط و فاصله بین صفحات زمینی دو لایه قابل کنترل باشند ، امپدانس مشخصه خط قابل کنترل است و دقت در 10٪ است.

How to control PCB wiring impedance

ساختار تخته چند لایه:

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. و قطعه نیمه پخته به اصطلاح لایه نفوذ را تشکیل می دهد ، نقش اتصال صفحه اصلی را ایفا می کند ، اگرچه ضخامت اولیه مشخصی وجود دارد ، اما در فرآیند فشار ضخامت آن تغییراتی ایجاد می شود.

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.

بیرونی ترین لایه تخته چند لایه ، لایه مقاوم در برابر جوشکاری است ، همان چیزی که ما اغلب به آن می گوییم “روغن سبز” ، البته می تواند زرد یا رنگهای دیگر نیز باشد. به طور کلی تعیین ضخامت لایه مقاومت لحیم کاری آسان نیست. ناحیه فویل مس روی سطح کمی ضخیم تر از ناحیه فویل مسی است ، اما به دلیل عدم ضخامت فویل مس ، بنابراین فویل مسی هنوز برجسته تر است ، هنگامی که با انگشتان دست خود سطح تخته چاپ شده را لمس می کنیم.

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:

How to control PCB wiring impedance

پارامترهای PCB:

کارخانه های مختلف PCB تفاوتهای کمی در پارامترهای PCB دارند. از طریق ارتباط با پشتیبانی فنی کارخانه برد مدار ، ما برخی از اطلاعات پارامترهای کارخانه را بدست آوردیم:

فویل مس سطحی:

سه ضخامت فویل مس وجود دارد که می توان از آنها استفاده کرد: 12um ، 18um و 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.

قرص نیمه پخته:

مشخصات (ضخامت اصلی) 7628 (0.185 میلی متر) ، 2116 (0.105 میلی متر) ، 1080 (0.075 میلی متر) ، 3313 (0.095 میلی متر) است. ضخامت واقعی پس از فشار دادن معمولاً حدود 10- 15 درجه کمتر از مقدار اولیه است. 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. تفاوت بین لبه های بالا و پایین به ضخامت مس مربوط می شود. جدول زیر رابطه بین بالا و پایین ذوزنقه را در شرایط مختلف نشان می دهد.

How to control PCB wiring impedance

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:

How to control PCB wiring impedance

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:

How to control PCB wiring impedance

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. دو راه موازی وجود دارد: یکی این است که دو خط در یک لایه کنار هم حرکت می کنند ، و دیگری این است که این دو خط در لایه زیرین راه می روند. 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.