Wéi ze kontrolléieren PCB Impedanz?

Without impedance control, considerable signal reflection and distortion will be caused, resulting in design failure. Common signals, such as PCI bus, PCI-E bus, USB, Ethernet, DDR memory, LVDS signal, etc., all need impedance control. 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.

Verschidde Kabelmethoden kënne berechent ginn fir den entspriechenden Impedanzwäert ze kréien.

Microstrip lines

• Et besteet aus engem Sträif vum Drot mam Buedemfliger an Dielektrik an der Mëtt. Wann déi dielektresch Konstant, d’Breet vun der Linn, a seng Distanz vum Buedemfliger kontrolléierbar sinn, dann ass seng charakteristesch Impedanz kontrolléierbar, an d’Genauegkeet wäert bannent ± 5%sinn.

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

Stripline

Eng Bandlinn ass e Sträif vu Kupfer an der Mëtt vum Dielektrik tëscht zwee geféierende Fligeren. 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:

Fir PCB Impedanz gutt ze kontrolléieren, ass et noutwendeg d’Struktur vum PCB ze verstoen:

Normalerweis besteet dat, wat mir Multilayer Board nennen, aus Kärplack a semi-gestäerkt Blat, dat matenee gelaminéiert ass. Core Board ass eng haart, spezifesch Déck, zwee Brout Kupferplack, wat d’Basismaterial vum gedréckte Board ass. 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.

Usually the outermost two dielectric layers of a multilayer are wetted layers, and separate copper foil layers are used on the outside of these two layers as the outer copper foil. Déi originell Dicke Spezifikatioun vun der baussenzeger Kupferfolie an der bannenzeger Kupferfolie ass allgemeng 0.5oz, 1OZ, 2OZ (1OZ ass ongeféier 35um oder 1.4mil), awer no enger Serie vun Uewerflächebehandlung wäert d’Finale Dicke vun der baussenzeger Kupferfolie allgemeng ëm ongeféier eropgoen 1OZ. Déi bannenzeg Kupferfolie ass d’Kupferbedeckung op béide Säiten vun der Kärplack. Déi lescht Déck ënnerscheet sech wéineg vun der ursprénglecher Dicke, awer et gëtt allgemeng ëm e puer um reduzéiert wéinst Ätzung.

Déi äusserst Schicht vum Multilayer Board ass d’Schweißbeständegkeet, wat ass wat mir dacks “gréng Ueleg” soen, natierlech kann et och giel oder aner Faarwen sinn. 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. The following is a typical 6-layer laminated structure:

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:

Uewerfläch Kupferfolie:

There are three thicknesses of copper foil that can be used: 12um, 18um and 35um. Déi lescht Déck nom Ofschloss ass ongeféier 44um, 50um a 67um.

Core plate: S1141A, standard FR-4, two breaded copper plates are commonly used. The optional specifications can be determined by contacting the manufacturer.

Semi-cured tablet:

Spezifikatiounen (originell Déck) sinn 7628 (0.185mm), 2116 (0.105mm), 1080 (0.075mm), 3313 (0.095mm). Déi tatsächlech Déck nom Pressen ass normalerweis ongeféier 10-15um manner wéi den urspréngleche Wäert. E Maximum vun 3 semi-geheelt Pëllen kënne fir déiselwecht Infiltratiounsschicht benotzt ginn, an d’Dicke vun 3 semi-geheelt Pëllen kann net déiselwecht sinn, op d’mannst eng hallef geheelt Pëllen kënne benotzt ginn, awer e puer Hiersteller mussen op d’mannst zwee benotzen . 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.

Resistance welding layer:

The thickness of the solder resist layer on the copper foil is C2≈8-10um. The thickness of the solder resist layer on the surface without copper foil is C1, which varies with the thickness of copper on the surface. When the thickness of copper on the surface is 45um, C1≈13-15um, and when the thickness of copper on the surface is 70um, C1≈17-18um.

Traversektioun:

We would think that the cross section of a wire is a rectangle, but it’s actually a trapezoid. Taking the TOP layer as an example, when the thickness of copper foil is 1OZ, the upper bottom edge of trapezoid is 1MIL shorter than the lower bottom edge. Zum Beispill, wann d’Linnebreet 5MIL ass, dann sinn déi iewescht an déi ënnescht Säiten ongeféier 4MIL an déi ënnescht an ënnen Säiten si ongeféier 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

Permittivity: The permittivity of semi-cured sheets is related to thickness. The following table shows the thickness and permittivity parameters of different types of semi-cured sheets:

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.

Dielektresche Verloschtfaktor: dielektrescht Material ënner der Handlung vum ofwiesselnd elektresche Feld, wéinst Hëtzt an Energieverbrauch gëtt dielektrescht Verloscht genannt, normalerweis ausgedréckt vum dielektresche Verloschtfaktor Tan δ. Den typesche Wäert fir S1141A ass 0.015.

Minimum Linn Breet a Linn Ofstand fir d’Veraarbechtung ze garantéieren: 4mil/4mil.

Impedanzberechnungsinstrument Aféierung:

When we understand the structure of the multilayer board and master the required parameters, we can calculate the impedance through EDA software. Dir kënnt Allegro benotze fir dëst ze maachen, awer ech empfeelen Polar SI9000, wat e gutt Tool ass fir d’charakteristesch Impedanz ze berechnen an elo vu ville PCB Fabriken benotzt gëtt.

Wann Dir d’charakteristesch Impedanz vum banneschten Signal vun der Differenzallinn an der eenzeger Terminallinn berechent, fannt Dir nëmmen e klengen Ënnerscheed tëscht Polar SI9000 an Allegro wéinst e puer Detailer, sou wéi d’Form vum Querschnitt vum Drot. Wéi och ëmmer, wann et d’charakteristesch Impedanz vum Surface Signal ze berechnen ass, proposéieren ech Iech de Beschichtete Modell ze wielen amplaz vum Surface Modell, well sou Modeller berücksichtegen d’Existenz vun der Lödwiderstandsschicht, sou datt d’Resultater méi präzis sinn. 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

Well d’Dicke vun der Lötresist Schicht net einfach kontrolléiert gëtt, kann eng geschätzte Approche och benotzt ginn, sou wéi vum Board Hiersteller empfohlen: e spezifesche Wäert vun der Surface Modell Berechnung ofsetzen. Et gëtt empfohlen datt d’Differentialimpedanz minus 8 Ohm ass an d’Enn-Enn Impedanz minus 2 Ohm ass.

Differenziell PCB Ufuerderunge fir Drot

(1) Determine the wiring mode, parameters and impedance calculation. There are two kinds of difference modes for line routing: outer layer microstrip line difference mode and inner layer strip line difference mode. Impedance can be calculated by related impedance calculation software (such as POLAR-SI9000) or impedance calculation formula through reasonable parameter setting.

(2) Parallel isometresch Linnen. Bestëmmt d’Linnebreet an d’Distanz, a befollegt strikt déi berechent Linnebreet a Distanz beim Routing. D’Distanz tëscht zwou Linnen muss ëmmer onverännert bleiwen, dat heescht fir parallel ze bleiwen. 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. Allgemeng probéiert den Differenzsignal tëscht de Schichten ze vermeiden, nämlech well an der aktueller Veraarbechtung vu PCB am Prozess, wéinst der kaskadéierter laminéierter Ausrichtungsgenauegkeet vill méi niddereg ass wéi tëscht der Ätzpräzisioun, an am Prozess vum laminéierten dielektresche Verloscht, kann keng Differenzlinnabstand garantéieren ass gläich wéi d’Dicke vum Interlayer dielektresche, wäert den Ënnerscheed tëscht de Schichten vum Ënnerscheed vun der Impedanz änneren. Et ass recommandéiert den Ënnerscheed bannent der selwechter Schicht sou vill wéi méiglech ze benotzen.