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. 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.

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

Liñas de microstrip

Consta dunha tira de fío 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%.

Impedance control based on PCB design

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%.

Impedance control based on PCB design

A estrutura do taboleiro de varias capas:

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. E a peza semicurada constitúe a chamada capa de infiltración, xoga o papel de unir a placa do núcleo, aínda que hai un certo grosor inicial, pero no proceso de prensar o seu espesor produciranse algúns cambios.

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. O espesor da capa de resistencia á soldadura xeralmente non é fácil de determinar con precisión. A área sen folla de cobre na superficie é lixeiramente máis grosa que a zona con folla de cobre, pero debido á falta de espesor da folla de cobre, polo que a folla de cobre aínda é máis prominente cando podemos tocar a superficie do taboleiro impreso cos dedos.

Cando se fai un espesor particular do taboleiro impreso, por unha banda, é necesaria unha elección razoable dos parámetros do material, por outra banda, o espesor final da folla semicurada será menor que o espesor inicial. A seguinte é unha estrutura laminada típica de 6 capas:

Impedance control based on PCB design

Parámetros PCB:

Diferentes plantas de PCB teñen lixeiras diferenzas nos parámetros do PCB. Mediante a comunicación co soporte técnico da planta de circuítos obtivemos algúns datos de parámetros da planta:

Lámina de cobre superficial:

Hai tres espesores de folla de cobre que se poden empregar: 12um, 18um e 35um. O espesor final despois do acabado é de aproximadamente 44um, 50um e 67um.

Placa base: S1141A, estándar FR-4, úsanse normalmente dúas placas de cobre empanadas. As especificacións opcionais pódense determinar contactando co fabricante.

Comprimido semicurado:

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.

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.

Impedance control based on PCB design

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:

Impedance control based on PCB design

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:

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. Hai dous xeitos de paralelismo: un é que as dúas liñas camiñan na mesma capa lado a lado e a outra é que as dúas liñas camiñan na capa sobre-baixo. 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.