Como controlar PCB impedancia?

Sen control de impedancia, producirase unha considerable reflexión e distorsión do sinal, o que provocará un fallo no deseño. Os sinais comúns, como bus PCI, bus PCI-E, USB, Ethernet, memoria DDR, sinal LVDS, etc., necesitan un control de impedancia. O control de impedancia finalmente debe realizarse a través do deseño de PCB, que tamén propón requisitos máis altos para a tecnoloxía de placas PCB. Despois da comunicación coa fábrica de PCB e combinada co uso do software EDA, a impedancia do cableado contrólase segundo os requisitos de integridade do sinal.

Pódense calcular diferentes métodos de cableado para obter o valor de impedancia correspondente.

Liñas de microstrip

• Consiste nunha tira de arame co plano de terra e dieléctrico no medio. Se a constante dieléctrica, o ancho da liña e a súa distancia ao plano terrestre son controlables, entón a súa impedancia característica é controlable e a precisión estará dentro do ± 5%.

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

Stripline

Unha liña de cinta é unha tira de cobre no medio do dieléctrico entre dous planos condutores. Se o grosor e ancho da liña, a constante dieléctrica do medio e a distancia entre os planos terrestres das dúas capas son controlables, a impedancia característica da liña é controlable e a precisión está dentro do 10%.

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

The structure of multi-layer board:

Para controlar ben a impedancia do PCB, é necesario comprender a estrutura do PCB:

Normalmente o que chamamos tarxeta multicapa componse de placa central e folla semisolidada laminada entre si. O taboleiro básico é un prato duro de cobre de espesor específico, de dous pan, que é o material básico do taboleiro impreso. 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.

Normalmente as dúas capas dieléctricas máis externas dunha multicapa son capas molladas e úsanse capas separadas de folla de cobre no exterior destas dúas capas como folla de cobre exterior. A especificación de espesor orixinal da folla de cobre exterior e da folla de cobre interior é xeralmente de 0.5 oz, 1 oz, 2 oz (1 oz é de aproximadamente 35um ou 1.4mil), pero despois dunha serie de tratamento superficial, o espesor final da folla de cobre exterior xeralmente aumentará aproximadamente 1 oz. A folla de cobre interior é a cuberta de cobre a ambos os dous lados da placa central. O espesor final difire pouco do espesor orixinal, pero xeralmente redúcese en varios um debido ao gravado.

A capa máis externa da placa multicapa é a capa de resistencia á soldadura, que é o que moitas veces dicimos “aceite verde”, por suposto, tamén pode ser amarelo ou doutras cores. 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. A seguinte é unha estrutura laminada típica de 6 capas:

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:

Lámina de cobre superficial:

There are three thicknesses of copper foil that can be used: 12um, 18um and 35um. O espesor final despois do acabado é de aproximadamente 44um, 50um e 67um.

Core plate: S1141A, standard FR-4, two breaded copper plates are commonly used. The optional specifications can be determined by contacting the manufacturer.

Semi-cured tablet:

As especificacións (espesor orixinal) son 7628 (0.185 mm), 2116 (0.105 mm), 1080 (0.075 mm), 3313 (0.095 mm). O espesor real despois do prensado adoita ser aproximadamente 10-15um inferior ao valor orixinal. Pódense usar un máximo de 3 comprimidos semi curados para a mesma capa de infiltración e o grosor de 3 comprimidos semi curados non pode ser o mesmo, pódense empregar polo menos unha tableta medio curada, pero algúns fabricantes deben empregar polo menos dous . Se o espesor da peza semicurada non é suficiente, pódese gravar a folla de cobre a ambos os dous lados da placa do núcleo e, a continuación, a peza semicurada pódese unir por ambos os dous lados, de xeito que se poida formar unha capa de infiltración máis grosa. acadado.

Capa de soldadura por resistencia:

O espesor da capa de resistencia da soldadura na folla de cobre é C2≈8-10um. O espesor da capa de resistencia da soldadura na superficie sen folla de cobre é C1, que varía co espesor do cobre na superficie. Cando o espesor do cobre na superficie é de 45um, C1≈13-15um e cando o espesor do cobre na superficie é de 70um, C1≈17-18um.

Sección transversal:

Pensariamos que a sección transversal dun fío é un rectángulo, pero en realidade é un trapecio. Tomando como exemplo a capa TOP, cando o espesor da folla de cobre é 1OZ, o bordo inferior superior do trapecio é 1MIL máis curto que o bordo inferior inferior. Por exemplo, se o ancho da liña é 5MIL, entón os lados superior e inferior son aproximadamente 4MIL e os lados inferior e inferior son aproximadamente 5MIL. A diferenza entre os bordos superior e inferior está relacionada co espesor do cobre. A seguinte táboa mostra a relación entre a parte superior e a inferior do trapecio baixo diferentes condicións.

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

Permitividade: a permitividade das follas semicuradas está relacionada co grosor. A seguinte táboa mostra os parámetros de espesor e permitividade de diferentes tipos de follas semicuradas:

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

A constante dieléctrica da placa está relacionada co material de resina empregado. A constante dieléctrica da placa FR4 é de 4.2 a 4.7 e diminúe co aumento da frecuencia.

Factor de perda dieléctrica: os materiais dieléctricos baixo a acción dun campo eléctrico alterno, debido ao consumo de calor e enerxía denomínanse perda dieléctrica, normalmente expresada polo factor de perda dieléctrica Tan δ. O valor típico para S1141A é 0.015.

Ancho e distancia entre liñas mínimas para garantir o mecanizado: 4mil / 4mil.

Introdución á ferramenta de cálculo de impedancias:

Cando entendemos a estrutura da placa multicapa e dominamos os parámetros requiridos, podemos calcular a impedancia a través do software EDA. Podes usar Allegro para facelo, pero recoméndoche o Polar SI9000, que é unha boa ferramenta para calcular a impedancia característica e agora é usado por moitas fábricas de PCB.

Ao calcular a impedancia característica do sinal interno tanto da liña diferencial como da liña terminal única, só atoparás unha lixeira diferenza entre o Polar SI9000 e Allegro debido a algúns detalles, como a forma da sección transversal do fío. Non obstante, se se trata de calcular a impedancia característica do sinal de superficie, suxiro que escolla o modelo revestido no canto do modelo de superficie, porque estes modelos teñen en conta a existencia de capa de resistencia de soldadura, polo que os resultados serán máis precisos. A seguinte é unha captura de pantalla parcial da impedancia da liña diferencial de superficie calculada con Polar SI9000 tendo en conta a capa de resistencia de soldadura:

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

Dado que o grosor da capa de resistencia de soldadura non se controla facilmente, tamén se pode empregar un enfoque aproximado, como recomenda o fabricante da placa: restar un valor específico do cálculo do modelo de superficie. Recoméndase que a impedancia diferencial sexa de menos 8 ohmios e a impedancia dun extremo sexa de menos 2 ohmios.

Requisitos diferenciais de PCB para o cableado

(1) Determine o modo de cableado, os parámetros e o cálculo da impedancia. Existen dous tipos de modos de diferenza para o enrutamento de liña: o modo de diferenza de liña de microstrip de capa externa e o modo de diferenza de liña de tira de capa interna. A impedancia pódese calcular mediante un software de cálculo de impedancia relacionado (como POLAR-SI9000) ou unha fórmula de cálculo de impedancia mediante axustes de parámetros razoables.

(2) Liñas isométricas paralelas. Determine o ancho e o espazamento da liña e siga estritamente o ancho e o espazamento calculados ao enrutar. O espazamento entre dúas liñas debe permanecer sempre sen cambios, é dicir, para manterse 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. Xeralmente intente evitar usar o sinal de diferenza entre as capas, é dicir, no proceso real de PCB no proceso, debido á precisión do aliñamento laminado en cascada é moito menor do que se proporciona entre a precisión de gravado e no proceso de perda dieléctrica laminada, Non se pode garantir que o espazamento entre liñas sexa igual ao espesor do dieléctrico entre capas, provocará a diferenza entre as capas da diferenza de cambio de impedancia. Recoméndase empregar a diferenza dentro da mesma capa o máximo posible.