Come controllare PCB impedenza?

Without impedance control, considerable signal reflection and distortion will be caused, resulting in design failure. I segnali comuni, come bus PCI, bus PCI-E, USB, Ethernet, memoria DDR, segnale LVDS, ecc., richiedono tutti il ​​controllo dell’impedenza. 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.

È possibile calcolare diversi metodi di cablaggio per ottenere il valore di impedenza corrispondente.

Microstrip lines

• Consiste in una striscia di filo con il piano di massa e il dielettrico nel mezzo. Se la costante dielettrica, la larghezza della linea e la sua distanza dal piano di massa sono controllabili, allora la sua impedenza caratteristica è controllabile e la precisione sarà entro ± 5%.

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

Stripline

Una linea a nastro è una striscia di rame nel mezzo del dielettrico tra due piani conduttori. 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%.

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The structure of multi-layer board:

Per controllare bene l’impedenza del PCB, è necessario comprendere la struttura del PCB:

Solitamente quello che chiamiamo pannello multistrato è costituito da lastra d’anima e lamiera semisolidificata accoppiati tra loro. Il pannello centrale è una lastra di rame a due pani di spessore specifico, che è il materiale di base del pannello stampato. 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.

Solitamente i due strati dielettrici più esterni di un multistrato sono strati bagnati e strati di lamina di rame separati sono usati all’esterno di questi due strati come lamina di rame esterna. La specifica dello spessore originale della lamina di rame esterna e della lamina di rame interna è generalmente 0.5 oz, 1 OZ, 2 OZ (1 OZ è circa 35 um o 1.4 mil), ma dopo una serie di trattamenti superficiali, lo spessore finale della lamina di rame esterna aumenterà generalmente di circa 1 ONCIA. La lamina di rame interna è il rivestimento in rame su entrambi i lati della piastra centrale. Lo spessore finale differisce poco dallo spessore originale, ma è generalmente ridotto di diversi um a causa dell’incisione.

Lo strato più esterno del pannello multistrato è lo strato di resistenza alla saldatura, che è quello che spesso diciamo “olio verde”, ovviamente può essere anche giallo o di altri colori. 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. Quella che segue è una tipica struttura laminata a 6 strati:

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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:

Foglio di rame superficiale:

There are three thicknesses of copper foil that can be used: 12um, 18um and 35um. Lo spessore finale dopo la finitura è di circa 44um, 50um e 67um.

Piastra centrale: S1141A, standard FR-4, vengono comunemente utilizzate due piastre di rame impanate. Le specifiche opzionali possono essere determinate contattando il produttore.

Semi-cured tablet:

Le specifiche (spessore originale) sono 7628 (0.185 mm), 2116 (0.105 mm), 1080 (0.075 mm), 3313 (0.095 mm). Lo spessore effettivo dopo la pressatura è solitamente di circa 10-15um inferiore al valore originale. È possibile utilizzare un massimo di 3 compresse semipolimerizzate per lo stesso strato di infiltrazione e lo spessore di 3 compresse semipolimerizzate non può essere lo stesso, è possibile utilizzare almeno una compressa semipolimerizzata, ma alcuni produttori devono usarne almeno due . Se lo spessore del pezzo semi-polimerizzato non è sufficiente, la lamina di rame su entrambi i lati della piastra centrale può essere asportata e quindi il pezzo semi-indurito può essere incollato su entrambi i lati, in modo che uno strato di infiltrazione più spesso possa essere raggiunto.

Strato di saldatura a resistenza:

Lo spessore dello strato di resist sulla lamina di rame è C2≈8-10um. Lo spessore dello strato di resist sulla superficie senza lamina di rame è C1, che varia con lo spessore del rame sulla superficie. Quando lo spessore del rame sulla superficie è 45um, C1≈13-15um e quando lo spessore del rame sulla superficie è 70um, C1≈17-18um.

Sezione trasversale:

Penseremmo che la sezione trasversale di un filo sia un rettangolo, ma in realtà è un trapezio. Prendendo come esempio lo strato TOP, quando lo spessore della lamina di rame è 1OZ, il bordo inferiore superiore del trapezio è 1MIL più corto del bordo inferiore inferiore. Ad esempio, se la larghezza della linea è 5MIL, i lati superiore e inferiore sono circa 4MIL e i lati inferiore e inferiore sono circa 5MIL. La differenza tra i bordi superiore e inferiore è correlata allo spessore del rame. La tabella seguente mostra la relazione tra la parte superiore e inferiore del trapezio in condizioni diverse.

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Permittività: La permittività delle lastre semipolimerizzate è correlata allo spessore. La tabella seguente mostra i parametri di spessore e permittività dei diversi tipi di lastre semipolimerizzate:

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La costante dielettrica della piastra è correlata al materiale resinoso utilizzato. La costante dielettrica della piastra FR4 è 4.2 — 4.7 e diminuisce con l’aumento della frequenza.

Fattore di perdita dielettrica: i materiali dielettrici sotto l’azione del campo elettrico alternato, a causa del consumo di calore ed energia, è chiamata perdita dielettrica, solitamente espressa dal fattore di perdita dielettrica Tan . Il valore tipico per S1141A è 0.015.

Larghezza minima della linea e interlinea per garantire la lavorazione: 4mil/4mil.

Introduzione allo strumento di calcolo dell’impedenza:

Quando comprendiamo la struttura della scheda multistrato e padroneggiamo i parametri richiesti, possiamo calcolare l’impedenza tramite il software EDA. Puoi usare Allegro per farlo, ma consiglio Polar SI9000, che è un buon strumento per calcolare l’impedenza caratteristica ed è ora utilizzato da molte fabbriche di PCB.

Quando si calcola l’impedenza caratteristica del segnale interno sia della linea differenziale che della linea del singolo terminale, si troverà solo una leggera differenza tra Polar SI9000 e Allegro a causa di alcuni dettagli, come la forma della sezione trasversale del filo. Tuttavia, se si tratta di calcolare l’impedenza caratteristica del segnale Surface, ti suggerisco di scegliere il modello Coated anziché il modello Surface, poiché tali modelli tengono conto dell’esistenza dello strato di resistenza della saldatura, quindi i risultati saranno più accurati. Quello che segue è uno screenshot parziale dell’impedenza della linea differenziale superficiale calcolata con Polar SI9000 considerando lo strato di resistenza della saldatura:

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Poiché lo spessore dello strato di solder resist non è facilmente controllabile, è possibile utilizzare anche un approccio approssimativo, come raccomandato dal produttore della scheda: sottrarre un valore specifico dal calcolo del modello di superficie. Si raccomanda che l’impedenza differenziale sia meno 8 ohm e l’impedenza single-end sia meno 2 ohm.

Requisiti PCB differenziali per il cablaggio

(1) Determinare la modalità di cablaggio, i parametri e il calcolo dell’impedenza. Esistono due tipi di modalità di differenza per l’instradamento della linea: modalità di differenza di linea di microstriscia dello strato esterno e modalità di differenza di linea di striscia di strato interno. L’impedenza può essere calcolata dal relativo software di calcolo dell’impedenza (come POLAR-SI9000) o dalla formula di calcolo dell’impedenza attraverso un’impostazione ragionevole dei parametri.

(2) Linee isometriche parallele. Determinare la larghezza e la spaziatura della linea e seguire rigorosamente la larghezza della linea e la spaziatura calcolate durante l’instradamento. La spaziatura tra due righe deve rimanere sempre invariata, cioè mantenersi parallela. 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. In genere, cercare di evitare di utilizzare il segnale di differenza tra gli strati, in particolare perché nell’elaborazione effettiva del PCB nel processo, a causa della precisione dell’allineamento laminato a cascata è molto inferiore a quella fornita tra la precisione di incisione e nel processo di perdita dielettrica laminata, non può garantire la differenza di interlinea è uguale allo spessore del dielettrico interstrato, causerà la differenza tra gli strati della differenza di variazione di impedenza. Si consiglia di utilizzare la differenza il più possibile all’interno dello stesso livello.