Bagaimana mengontrol PCB impedansi?

Without impedance control, considerable signal reflection and distortion will be caused, resulting in design failure. Sinyal umum, seperti bus PCI, bus PCI-E, USB, Ethernet, memori DDR, sinyal LVDS, dll., semuanya memerlukan kontrol impedansi. 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.

Metode pengkabelan yang berbeda dapat dihitung untuk mendapatkan nilai impedansi yang sesuai.

Microstrip lines

• Terdiri dari strip kawat dengan ground plane dan dielektrik di tengah. Jika konstanta dielektrik, lebar saluran, dan jaraknya dari bidang tanah dapat dikontrol, maka impedansi karakteristiknya dapat dikontrol, dan akurasinya akan berada dalam ± 5%.

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

Garis garis

Garis pita adalah strip tembaga di tengah dielektrik antara dua bidang konduktor. If the thickness and width of the line, the dielectric constant of the medium, and the distance between the ground planes of the two layers are controllable, the characteristic impedance of the line is controllable, and the accuracy is within 10%.

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

The structure of multi-layer board:

Untuk mengontrol impedansi PCB dengan baik, perlu dipahami struktur PCB:

Biasanya apa yang kita sebut papan multilayer terdiri dari pelat inti dan lembaran semi-padat yang dilaminasi satu sama lain. Papan inti adalah pelat tembaga dua lapis yang keras dan tebal, yang merupakan bahan dasar papan cetak. 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.

Biasanya dua lapisan dielektrik terluar dari multilayer adalah lapisan yang dibasahi, dan lapisan foil tembaga yang terpisah digunakan di bagian luar dari dua lapisan ini sebagai foil tembaga luar. Spesifikasi ketebalan asli dari foil tembaga luar dan foil tembaga bagian dalam umumnya 0.5oz, 1OZ, 2OZ (1OZ adalah sekitar 35um atau 1.4mil), tetapi setelah serangkaian perawatan permukaan, ketebalan akhir foil tembaga luar umumnya akan meningkat sekitar 1oz. Foil tembaga bagian dalam adalah penutup tembaga di kedua sisi pelat inti. Ketebalan akhir sedikit berbeda dari ketebalan aslinya, tetapi umumnya berkurang beberapa um karena etsa.

The outermost layer of the multilayer board is the welding resistance layer, which is what we often say “green oil”, of course, it can also be yellow or other colors. 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.

Ketika ketebalan tertentu dari papan cetak dibuat, di satu sisi, pilihan parameter material yang wajar diperlukan, di sisi lain, ketebalan akhir lembaran semi-cured akan lebih kecil dari ketebalan awal. Berikut ini adalah struktur laminasi 6-lapisan yang khas:

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:

Foil tembaga permukaan:

There are three thicknesses of copper foil that can be used: 12um, 18um and 35um. Ketebalan akhir setelah finishing adalah sekitar 44um, 50um dan 67um.

Pelat inti: S1141A, standar FR-4, dua pelat tembaga dilapisi tepung roti biasanya digunakan. Spesifikasi opsional dapat ditentukan dengan menghubungi pabrikan.

Semi-cured tablet:

Specifications (original thickness) are 7628 (0.185mm), 2116 (0.105mm), 1080 (0.075mm), 3313 (0.095mm). The actual thickness after pressing is usually about 10-15um less than the original value. Maksimal 3 tablet semi-cured dapat digunakan untuk lapisan infiltrasi yang sama, dan ketebalan 3 tablet semi-cured tidak boleh sama, setidaknya satu tablet setengah sembuh dapat digunakan, tetapi beberapa produsen harus menggunakan setidaknya dua . Jika ketebalan potongan semi-sembuh tidak cukup, foil tembaga di kedua sisi pelat inti dapat tergores, dan kemudian potongan setengah sembuh dapat diikat di kedua sisi, sehingga lapisan infiltrasi yang lebih tebal dapat dibuat. tercapai.

Lapisan pengelasan resistansi:

Ketebalan lapisan penahan solder pada foil tembaga adalah C2≈8-10um. Ketebalan lapisan penahan solder pada permukaan tanpa foil tembaga adalah C1, yang bervariasi dengan ketebalan tembaga di permukaan. Ketika ketebalan tembaga di permukaan adalah 45um, C1≈13-15um, dan ketika ketebalan tembaga di permukaan adalah 70um, C1≈17-18um.

Bagian melintang:

Kami akan berpikir bahwa penampang kawat adalah persegi panjang, tetapi sebenarnya trapesium. Mengambil lapisan TOP sebagai contoh, ketika ketebalan foil tembaga adalah 1OZ, tepi bawah atas trapesium adalah 1MIL lebih pendek dari tepi bawah bawah. Misalnya, jika lebar garis 5MIL, maka sisi atas dan bawah sekitar 4MIL dan sisi bawah dan bawah sekitar 5MIL. Perbedaan antara tepi atas dan bawah terkait dengan ketebalan tembaga. Tabel berikut menunjukkan hubungan antara bagian atas dan bawah trapesium dalam kondisi yang berbeda.

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

Permitivitas: Permitivitas lembaran semi-cured terkait dengan ketebalan. Tabel berikut menunjukkan parameter ketebalan dan permitivitas dari berbagai jenis lembaran semi-cured:

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

Konstanta dielektrik pelat terkait dengan bahan resin yang digunakan. Konstanta dielektrik pelat FR4 adalah 4.2 — 4.7, dan menurun dengan meningkatnya frekuensi.

Faktor kerugian dielektrik: bahan dielektrik di bawah aksi medan listrik bolak-balik, karena panas dan konsumsi energi disebut kerugian dielektrik, biasanya dinyatakan dengan faktor kerugian dielektrik Tan . Nilai tipikal untuk S1141A adalah 0.015.

Lebar garis minimum dan spasi garis untuk memastikan pemesinan: 4mil/4mil.

Pengenalan alat perhitungan impedansi:

Ketika kita memahami struktur papan multilayer dan menguasai parameter yang diperlukan, kita dapat menghitung impedansi melalui perangkat lunak EDA. Anda dapat menggunakan Allegro untuk melakukan ini, tetapi saya merekomendasikan Polar SI9000, yang merupakan alat yang baik untuk menghitung impedansi karakteristik dan sekarang digunakan oleh banyak pabrik PCB.

Saat menghitung impedansi karakteristik sinyal bagian dalam dari saluran diferensial dan saluran terminal tunggal, Anda hanya akan menemukan sedikit perbedaan antara Polar SI9000 dan Allegro karena beberapa detail, seperti bentuk penampang kabel. Namun, jika untuk menghitung impedansi karakteristik sinyal Permukaan, saya sarankan Anda memilih model Dilapisi daripada model Permukaan, karena model tersebut memperhitungkan keberadaan lapisan resistansi solder, sehingga hasilnya akan lebih akurat. Berikut ini adalah tangkapan layar sebagian dari impedansi garis diferensial permukaan yang dihitung dengan Polar SI9000 dengan mempertimbangkan lapisan resistansi solder:

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

Karena ketebalan lapisan penahan solder tidak mudah dikontrol, pendekatan perkiraan juga dapat digunakan, seperti yang direkomendasikan oleh produsen papan: kurangi nilai tertentu dari perhitungan model Permukaan. Direkomendasikan bahwa impedansi diferensial minus 8 ohm dan impedansi ujung tunggal minus 2 ohm.

Persyaratan PCB diferensial untuk pengkabelan

(1) Tentukan mode pengkabelan, parameter dan perhitungan impedansi. Ada dua jenis mode perbedaan untuk perutean jalur: mode perbedaan garis mikrostrip lapisan luar dan mode perbedaan garis strip lapisan dalam. Impedansi dapat dihitung dengan perangkat lunak penghitungan impedansi terkait (seperti POLAR-SI9000) atau rumus penghitungan impedansi melalui pengaturan parameter yang wajar.

(2) Garis isometrik paralel. Tentukan lebar dan spasi garis, dan ikuti dengan ketat lebar dan jarak garis yang dihitung saat merutekan. Jarak antara dua garis harus selalu tidak berubah, yaitu tetap sejajar. 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. Umumnya mencoba untuk menghindari penggunaan sinyal perbedaan antara lapisan, yaitu karena dalam pemrosesan aktual PCB dalam proses, karena akurasi penyelarasan laminasi cascading jauh lebih rendah daripada yang disediakan antara presisi etsa, dan dalam proses kehilangan dielektrik laminasi, tidak dapat menjamin perbedaan jarak garis sama dengan ketebalan dielektrik antar lapisan, akan menyebabkan perbedaan antara lapisan perbedaan perubahan impedansi. Disarankan untuk menggunakan perbedaan dalam lapisan yang sama sebanyak mungkin.