איך לשלוט PCB עַכָּבָּה?

Without impedance control, considerable signal reflection and distortion will be caused, resulting in design failure. אותות נפוצים, כגון אוטובוס PCI, אוטובוס PCI-E, USB, Ethernet, זיכרון DDR, אות LVDS וכו ‘, כולם זקוקים לבקרת עכבה. 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.

ניתן לחשב שיטות חיווט שונות כדי לקבל את ערך העכבה המתאים.

Microstrip lines

• הוא מורכב מפס חוט עם מישור הקרקע ודיאלקטרי באמצע. אם ניתן לשלוט על הקבוע הדיאלקטרי, רוחב הקו ומרחקו ממישור הקרקע, אז העכבה האופיינית שלו ניתנת לשליטה והדיוק יהיה בתוך ± 5%.

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

סטריפליין

קו סרט הוא רצועת נחושת באמצע הדיאלקטרי בין שני מטוסים מוליכים. 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:

על מנת לשלוט היטב בעכבה PCB, יש להבין את מבנה ה- PCB:

בדרך כלל מה שאנו מכנים לוח רב שכבתי מורכב מלוח ליבה וגיליון מוצק למחצה למינציה יחד זה עם זה. לוח הליבה הוא לוחית נחושת קשה, ספציפית, בעלת שני לחמים, המהווה את החומר הבסיסי של הלוח המודפס. 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.

בדרך כלל שתי השכבות החיצוניות ביותר של שכבה מרובת שכבות הן שכבות רטובות, ושכבות נייר נחושת נפרדות משמשות מבחוץ לשתי השכבות הללו כרדיד הנחושת החיצוני. מפרט העובי המקורי של רדיד הנחושת החיצוני ורדיד הנחושת הפנימי הוא בדרך כלל 0.5oz, 1OZ, 2OZ (1OZ הוא בערך 35um או 1.4mil), אך לאחר סדרה של טיפול פני השטח, העובי הסופי של רדיד הנחושת החיצוני יגדל בדרך כלל בכ- 1 גר. רדיד הנחושת הפנימי הוא כיסוי הנחושת משני צידי לוח הליבה. העובי הסופי שונה מעט מהעובי המקורי, אך בדרך כלל הוא מצטמצם בכמה אום בגלל תחריט.

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.

כאשר נעשה עובי מסוים של הלוח המודפס, מצד אחד, נדרשת בחירה סבירה של פרמטרי החומר, מצד שני, העובי הסופי של הגיליון המרופא למחצה יהיה קטן יותר מהעובי ההתחלתי. להלן מבנה למינציה טיפוסי של 6 שכבות:

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:

רדיד נחושת משטח:

There are three thicknesses of copper foil that can be used: 12um, 18um and 35um. העובי הסופי לאחר הגמר הוא כ -44um, 50um ו- 67um.

צלחת ליבה: S1141A, FR-4 סטנדרטית, נפוצות שימוש בשתי צלחות נחושת. ניתן לקבוע את המפרט האופציונלי על ידי יצירת קשר עם היצרן.

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. ניתן להשתמש במקסימום 3 טבליות מרפאות למחצה לאותה שכבת חדירה, והעובי של 3 טבליות למחצה לא יכול להיות זהה, ניתן להשתמש לפחות בחצי טבליה אחת שנרפאה, אך חלק מהיצרנים חייבים להשתמש בשניים לפחות . If the thickness of the semi-cured piece is not enough, the copper foil on both sides of the core plate can be etched off, and then the semi-cured piece can be bonded on both sides, so that a thicker infiltration layer can be achieved.

שכבת ריתוך התנגדות:

עובי שכבת ההתנגדות להלחמה על רדיד הנחושת הוא C2≈8-10um. עובי שכבת ההתנגדות להלחמה על פני השטח ללא רדיד נחושת הוא C1, המשתנה עם עובי הנחושת על פני השטח. כאשר עובי הנחושת על פני השטח הוא 45um, C1≈13-15um, וכאשר עובי הנחושת על פני השטח הוא 70um, C1≈17-18um.

Traverse section:

היינו חושבים שחתך החוט של חוט הוא מלבן, אך הוא למעשה טרפז. אם ניקח את שכבת ה- TOP כדוגמה, כאשר עובי רדיד הנחושת הוא 1OZ, הקצה התחתון העליון של הטרפז קצר ב- 1MIL מהקצה התחתון התחתון. לדוגמה, אם רוחב הקו הוא 5MIL, הצד העליון והתחתון הם בערך 4MIL והצד התחתון והתחתון הם בערך 5MIL. The difference between top and bottom edges is related to copper thickness. The following table shows the relationship between top and bottom of trapezoid under different conditions.

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

היתר: ההיתר של יריעות למחצה קשורות לעובי. הטבלה הבאה מציגה את עובי ועובי הפרמטרים של סוגים שונים של יריעות למחצה:

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

The dielectric constant of the plate is related to the resin material used. The dielectric constant of FR4 plate is 4.2 — 4.7, and decreases with the increase of frequency.

גורם אובדן דיאלקטרי: חומרים דיאלקטריים בפעולה של שדה חשמלי מתחלף, בשל חום וצריכת אנרגיה נקרא אובדן דיאלקטרי, המתבטא בדרך כלל על ידי גורם ההפסד הדיאלקטרי Tan δ. הערך הטיפוסי עבור S1141A הוא 0.015.

רוחב קו מינימלי ומרווח קווים להבטחת עיבוד: 4mil/4mil.

מבוא לכלי חישוב עכבה:

כאשר אנו מבינים את מבנה הלוח הרב שכבתי ושולטים בפרמטרים הנדרשים, אנו יכולים לחשב את העכבה באמצעות תוכנת EDA. אתה יכול להשתמש ב- Allegro לשם כך, אך אני ממליץ על Polar SI9000, שהוא כלי טוב לחישוב עכבה אופיינית וכיום הוא משמש כיום במפעלי PCB רבים.

בעת חישוב העכבה האופיינית של האות הפנימי הן של הקו הדיפרנציאלי והן של קו המסוף היחיד, תמצא הבדל קל בלבד בין Polar SI9000 לאלגרו בשל כמה פרטים, כגון צורת החתך החוט של החוט. עם זאת, אם בכדי לחשב את העכבה האופיינית לאות ה- Surface, אני מציע שתבחר את המודל המצופה במקום את מודל ה- Surface, מכיוון שמודלים כאלה לוקחים בחשבון את קיומה של שכבת התנגדות הלחמה, כך שהתוצאות יהיו מדויקות יותר. The following is a partial screenshot of the surface differential line impedance calculated with Polar SI9000 considering the solder resistance layer:

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

מכיוון שאי אפשר לשלוט בעובי שכבת ההתנגדות ללחמה, ניתן להשתמש בגישה משוערת, כפי שהומלץ על ידי יצרן הלוח: הפחת ערך מסוים מחשבון דגם השטח. מומלץ שהעכבה הדיפרנציאלית תהיה מינוס 8 אוהם והעכבה הקצה היחיד תהיה מינוס 2 אוהם.

דרישות PCB דיפרנציאליות לחיווט

(1) קבע את מצב החיווט, הפרמטרים וחישוב העכבה. ישנם שני סוגים של מצבי הבדל לניתוב קווים: מצב הפרש קו מיקרו -פס של השכבה החיצונית ומצב הפרש קו פסי שכבה פנימי. ניתן לחשב את העכבה באמצעות תוכנת חישוב עכבה קשורה (כגון POLAR-SI9000) או נוסחת חישוב עכבה באמצעות הגדרת פרמטרים סבירים.

(2) קווים איזומטרים מקבילים. קבע את רוחב הקו והמרווח, ועקוב בקפדנות אחר רוחב הקו והמרווח המחושב בעת ניתוב. המרווח בין שני קווים חייב תמיד להישאר ללא שינוי, כלומר להישאר מקביל. 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. באופן כללי נסה להימנע משימוש באות ההבדל בין השכבות, כלומר מכיוון שבעיבוד בפועל של PCB בתהליך, בשל דיוק היישור הלמינציה המדורג נמוך בהרבה מהסופק בין דיוק התחריט, ובתהליך של אובדן דיאלקטרי למינציה, לא יכול להבטיח מרווח קו ההבדל שווה לעובי הדיאלקטרי הבין שכבתי, יגרום להבדל בין השכבות של ההבדל בשינוי העכבה. מומלץ להשתמש בהפרש בתוך אותה שכבה ככל האפשר.