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. En última instancia, o control de impedancia debe realizarse a través do deseño de PCB, que tamén presenta requisitos máis altos para Placa PCB tecnoloxía. Despois da comunicación coa fábrica de PCB e combinado 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

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%.

Como controlar a impedancia do cableado da 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%.

Como controlar a impedancia do cableado da PCB

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:

Como controlar a impedancia do cableado da PCB

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.

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.

Como controlar a impedancia do cableado da 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:

Como controlar a impedancia do cableado da 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:

Como controlar a impedancia do cableado da 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. 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.