Kako kontrolirati PCB impedancija?

Bez kontrole impedancije doći će do značajnog odbijanja i izobličenja signala, što će dovesti do greške u dizajnu. Uobičajenim signalima, poput PCI sabirnice, PCI-E sabirnice, USB-a, Etherneta, DDR memorije, LVDS signala itd., Potrebna je kontrola impedancije. Kontrolu impedancije u konačnici treba ostvariti dizajnom PCB -a, koji također postavlja veće zahtjeve za tehnologiju PCB ploča. Nakon komunikacije s tvornicom PCB -a i u kombinaciji s upotrebom EDA softvera, impedancija ožičenja kontrolira se prema zahtjevima integriteta signala.

Za dobivanje odgovarajuće vrijednosti impedancije mogu se izračunati različite metode ožičenja.

Mikrotrakaste linije

• Sastoji se od trake žice s ravninom uzemljenja i dielektrikom u sredini. Ako se dielektrična konstanta, širina voda i njezina udaljenost od ravnine tla mogu kontrolirati, tada je karakteristična impedancija kontrolirana, a točnost će biti unutar ± 5%.

Što je kontrola impedancije kako izvesti kontrolu impedancije na PCB -u

Stripline

Linija vrpce je bakrena traka u sredini dielektrika između dvije vodljive ravnine. Ako se mogu kontrolirati debljina i širina voda, dielektrična konstanta medija i udaljenost između ravnina tla dvaju slojeva, karakteristična impedancija voda može se kontrolirati, a točnost je unutar 10%.

Što je kontrola impedancije kako izvesti kontrolu impedancije na PCB -u

Struktura višeslojne ploče:

Za dobru kontrolu impedancije PCB -a potrebno je razumjeti strukturu PCB -a:

Obično ono što nazivamo višeslojna ploča sastoji se od jezgrene ploče i polučvršćeg lima međusobno laminiranih. Jezgrena ploča je tvrda, specifične debljine, dvije bakrene ploče za kruh, koji je osnovni materijal tiskane ploče. Polustvrdnuti komad čini takozvani infiltracijski sloj, igra ulogu vezivanja jezgre ploče, iako postoji određena početna debljina, ali u procesu prešanja njezina će se debljina dogoditi neke promjene.

Obično su dva najudaljenija sloja dielektrika višeslojnog navlaženi slojevi, a odvojeni slojevi bakrene folije koriste se s vanjske strane ova dva sloja kao vanjska bakrena folija. Izvorna specifikacija debljine vanjske bakrene folije i unutarnje bakrene folije općenito je 0.5 oz, 1 oz, 2 oz (1 oz je oko 35um ili 1.4 mil), ali nakon niza površinskih tretmana, konačna debljina vanjske bakrene folije općenito će se povećati za oko 1OZ. Unutarnja bakrena folija je bakrena obloga s obje strane jezgre. Konačna debljina malo se razlikuje od izvorne debljine, ali općenito se smanjuje za nekoliko um zbog jetkanja.

Najudaljeniji sloj višeslojne ploče je sloj otpora zavarivanja, što često kažemo „zeleno ulje“, naravno, može biti i žuto ili u drugim bojama. Debljinu sloja otpora lemljenja općenito nije lako točno odrediti. Područje bez bakrene folije na površini je nešto deblje od površine s bakrenom folijom, ali zbog nedostatka debljine bakrene folije, pa je bakrena folija još uvijek istaknutija, kada dodirnemo površinu tiskane ploče prstima.

Kada se izrađuje određena debljina tiskane ploče, s jedne strane, potreban je razuman izbor parametara materijala, s druge strane, konačna debljina polutvrdnutog lima bit će manja od početne debljine. Slijedi tipična 6-slojna laminirana struktura:

Što je kontrola impedancije kako izvesti kontrolu impedancije na PCB -u

Parametri PCB -a:

Različita postrojenja za PCB imaju male razlike u parametrima PCB -a. Komunikacijom s tehničkom podrškom postrojenja za elektroničke ploče dobili smo neke parametarske podatke o postrojenju:

Površinska bakrena folija:

Postoje tri debljine bakrene folije koje se mogu koristiti: 12um, 18um i 35um. Konačna debljina nakon završetka je oko 44um, 50um i 67um.

Jezgrena ploča: S1141A, standard FR-4, obično se koriste dvije pohane bakrene ploče. Opcijske specifikacije mogu se odrediti kontaktiranjem proizvođača.

Poluotvrdnuta tableta:

Specifikacije (izvorna debljina) su 7628 (0.185 mm), 2116 (0.105 mm), 1080 (0.075 mm), 3313 (0.095 mm). Stvarna debljina nakon prešanja obično je oko 10-15um manja od izvorne vrijednosti. Za isti infiltracijski sloj mogu se upotrijebiti najviše 3 polustvrdnute tablete, a debljina 3 polustvrdnute tablete ne može biti ista, može se upotrijebiti barem jedna polustvrdnuta tableta, ali neki proizvođači moraju koristiti najmanje dvije . Ako debljina polustvrdnutog komada nije dovoljna, bakrena folija s obje strane jezgre može se otkinuti, a zatim se polusušeni dio može lijepiti s obje strane, tako da se može dobiti deblji infiltracijski sloj postignut.

Otporni sloj za zavarivanje:

Debljina sloja otpora lemljenja na bakrenoj foliji je C2≈8-10um. Debljina sloja otpora lemljenja na površini bez bakrene folije je C1, koja varira ovisno o debljini bakra na površini. Kada je debljina bakra na površini 45um, C1≈13-15um, i kada je debljina bakra na površini 70um, C1≈17-18um.

Poprečni presjek:

Mislili bismo da je presjek žice pravokutnik, ali zapravo je trapez. Uzimajući kao primjer gornji sloj, kada je debljina bakrene folije 1OZ, gornji donji rub trapeza je 1MIL kraći od donjeg donjeg ruba. Na primjer, ako je širina crte 5MIL, tada su gornja i donja strana oko 4MIL, a donja i donja strana su oko 5MIL. Razlika između gornjeg i donjeg ruba povezana je s debljinom bakra. Sljedeća tablica prikazuje odnos vrha i dna trapeza pod različitim uvjetima.

Što je kontrola impedancije kako izvesti kontrolu impedancije na PCB -u

Dopustnost: Dopustnost polutvrdnutih limova povezana je s debljinom. Sljedeća tablica prikazuje parametre debljine i propustljivosti različitih vrsta polutvrdnutih limova:

Što je kontrola impedancije kako izvesti kontrolu impedancije na PCB -u

Dielektrična konstanta ploče povezana je s upotrijebljenim materijalom smole. Dielektrična konstanta FR4 ploče je 4.2 – 4.7, a smanjuje se s povećanjem frekvencije.

Faktor dielektričnih gubitaka: dielektrični materijali pod djelovanjem izmjeničnog električnog polja, zbog potrošnje topline i energije nazivaju se dielektrični gubici, obično izraženi faktorom dielektričnih gubitaka Tan δ. Tipična vrijednost za S1141A je 0.015.

Minimalna širina linije i razmak između redova za osiguravanje obrade: 4mil/4mil.

Uvod u alat za proračun impedancije:

Kad shvatimo strukturu višeslojne ploče i savladamo potrebne parametre, možemo izračunati impedanciju pomoću softvera EDA. Za to možete upotrijebiti Allegro, ali preporučujem Polar SI9000, koji je dobar alat za izračun karakteristične impedancije, a sada ga koriste mnoge tvornice PCB -a.

Prilikom izračunavanja karakteristične impedancije unutarnjeg signala i diferencijalnog voda i pojedinačnog priključnog voda, pronaći ćete samo malu razliku između Polar SI9000 i Allegro zbog nekih detalja, poput oblika poprečnog presjeka žice. Međutim, ako se želi izračunati karakteristična impedancija Surface signala, predlažem da umjesto Surface modela odaberete model s premazom, jer takvi modeli uzimaju u obzir postojanje sloja otpora lemljenja, pa će rezultati biti točniji. Slijedi djelomični snimak zaslona površinske diferencijalne impedancije vodova izračunat pomoću Polar SI9000 uzimajući u obzir sloj otpora lemljenja:

Što je kontrola impedancije kako izvesti kontrolu impedancije na PCB -u

Budući da se debljina sloja otpornog na lemljenje ne može lako kontrolirati, također se može koristiti približan pristup, prema preporuci proizvođača ploče: oduzmite određenu vrijednost iz izračuna modela Surface. Preporuča se da diferencijalna impedancija bude minus 8 ohma, a impedancija s jednog kraja minus 2 ohma.

Diferencijalni zahtjevi za PCB za ožičenje

(1) Odredite način ožičenja, parametre i proračun impedancije. Postoje dvije vrste načina razlika za usmjeravanje linija: način razlike linija mikrotrakastog vanjskog sloja i način razlike linija unutarnjeg sloja. Impedancija se može izračunati odgovarajućim softverom za proračun impedancije (poput POLAR-SI9000) ili formulom za proračun impedancije putem razumnog postavljanja parametara.

(2) Paralelne izometrijske linije. Odredite širinu crte i razmak te se pri usmjeravanju strogo pridržavajte izračunate širine linije i razmaka. Razmak između dviju linija mora uvijek ostati nepromijenjen, odnosno ostati paralelan. Postoje dva načina paralelizma: jedan je da dvije crte hodaju u istom sloju jedan pored drugog, a drugi je da dvije linije hodaju u sloju koji se nalazi ispod. Općenito pokušajte izbjeći korištenje signala razlike između slojeva, naime jer je u stvarnoj obradi PCB -a u procesu, zbog kaskadnog laminiranog poravnanja točnost poravnanja mnogo niža nego što je predviđeno između preciznosti jetkanja i u procesu laminiranog dielektričnog gubitka, ne može jamčiti da je razlika u razmaku linija jednaka debljini međuslojnog dielektrika, uzrokovat će razliku između slojeva razlike promjene impedancije. Preporučuje se koristiti razliku unutar istog sloja što je više moguće.