Kā kontrolēt PCB pretestība?

Without impedance control, considerable signal reflection and distortion will be caused, resulting in design failure. Kopējiem signāliem, piemēram, PCI kopnei, PCI-E kopnei, USB, Ethernet, DDR atmiņai, LVDS signālam utt., Ir nepieciešama pretestības kontrole. 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.

Lai iegūtu atbilstošo pretestības vērtību, var aprēķināt dažādas elektroinstalācijas metodes.

Microstrip lines

• Tas sastāv no stieples sloksnes ar iezemēto plakni un dielektriķa vidū. Ja dielektrisko konstanti, līnijas platumu un attālumu no iezemētās plaknes var kontrolēt, tad tās raksturīgo pretestību var kontrolēt, un precizitāte būs ± 5%robežās.

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

Stripline

Lentes līnija ir vara sloksne dielektriķa vidū starp divām vadošām plaknēm. 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:

Lai labi kontrolētu PCB pretestību, ir jāsaprot PCB struktūra:

Parasti tas, ko mēs saucam par daudzslāņu plāksni, sastāv no serdes plāksnes un daļēji cietinātas loksnes, kas laminētas viena ar otru. Pamatplate ir cieta, specifiska biezuma, divu maizes vara plāksne, kas ir iespiestas plātnes pamatmateriāls. 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.

Parasti daudzslāņu divi attālākie dielektriskie slāņi ir samitrināti slāņi, un kā ārējā vara folija šo divu slāņu ārpusē tiek izmantoti atsevišķi vara folijas slāņi. Ārējās vara folijas un iekšējās vara folijas sākotnējā biezuma specifikācija parasti ir 0.5oz, 1OZ, 2OZ (1OZ ir aptuveni 35um vai 1.4mil), bet pēc virknes virsmas apstrādes ārējā vara folijas galīgais biezums parasti palielināsies par aptuveni 1OZ. Iekšējā vara folija ir vara pārklājums abās serdes plāksnes pusēs. Galīgais biezums maz atšķiras no sākotnējā biezuma, bet kodināšanas dēļ tas parasti tiek samazināts par vairākiem um.

Daudzslāņu plāksnes ārējais slānis ir metināšanas pretestības slānis, ko mēs bieži sakām “zaļā eļļa”, protams, tā var būt arī dzeltena vai cita krāsa. 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. Tālāk ir parādīta tipiska 6 slāņu laminēta struktūra:

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:

Virsmas vara folija:

There are three thicknesses of copper foil that can be used: 12um, 18um and 35um. Galīgais biezums pēc apdares ir aptuveni 44um, 50um un 67um.

Galvenā plāksne: S1141A, standarta FR-4, parasti tiek izmantotas divas vara plāksnes. Papildu specifikācijas var noteikt, sazinoties ar ražotāju.

Semi-cured tablet:

Specifikācijas (sākotnējais biezums) ir 7628 (0.185 mm), 2116 (0.105 mm), 1080 (0.075 mm), 3313 (0.095 mm). Faktiskais biezums pēc presēšanas parasti ir aptuveni 10-15um mazāks par sākotnējo vērtību. Vienam infiltrācijas slānim var izmantot ne vairāk kā 3 daļēji sacietējušas tabletes, un 3 daļēji sacietējušu tablešu biezums nevar būt vienāds, var izmantot vismaz vienu pusi sacietējušas tabletes, bet dažiem ražotājiem jāizmanto vismaz divas . 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.

Pretestības metināšanas slānis:

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.

Šķērsgriezums:

Mēs domājam, ka stieples šķērsgriezums ir taisnstūris, bet patiesībā tas ir trapecveida. Kā piemēru ņemot TOP slāni, ja vara folijas biezums ir 1OZ, trapeces augšējā apakšējā mala ir par 1 MIL īsāka nekā apakšējā apakšējā mala. Piemēram, ja līnijas platums ir 5 MIL, tad augšējā un apakšējā puse ir aptuveni 4 MIL, bet apakšējā un apakšējā puse ir aptuveni 5 MIL. 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

Pieļaujamība: daļēji sacietējušu loksņu caurlaidība ir saistīta ar biezumu. Šajā tabulā parādīti dažāda veida daļēji sacietējušu lokšņu biezuma un caurlaidības parametri:

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.

Dielektrisko zudumu koeficients: dielektriskos materiālus mainīga elektriskā lauka ietekmē siltuma un enerģijas patēriņa dēļ sauc par dielektriskiem zudumiem, ko parasti izsaka ar dielektrisko zudumu koeficientu Tan δ. S1141A tipiskā vērtība ir 0.015.

Minimālais rindas platums un atstarpe rindu apstrādei: 4mil/4mil.

Impedances aprēķināšanas rīka ievads:

Kad mēs saprotam daudzslāņu plates struktūru un apgūstam nepieciešamos parametrus, mēs varam aprēķināt pretestību, izmantojot EDA programmatūru. Lai to izdarītu, varat izmantot Allegro, bet es iesaku Polar SI9000, kas ir labs līdzeklis raksturīgās pretestības aprēķināšanai un ko tagad izmanto daudzas PCB rūpnīcas.

Aprēķinot diferenciālās līnijas un vienas termināla līnijas iekšējā signāla raksturīgo pretestību, jūs atradīsiet tikai nelielu atšķirību starp Polar SI9000 un Allegro dažu detaļu dēļ, piemēram, stieples šķērsgriezuma formas dēļ. Tomēr, ja ir jāaprēķina Surface signāla raksturīgā pretestība, iesaku Surface modeļa vietā izvēlēties modeli Coated, jo šādi modeļi ņem vērā lodēšanas pretestības slāņa esamību, tāpēc rezultāti būs precīzāki. Tālāk ir parādīts daļējs virsmas diferenciālās līnijas pretestības ekrānuzņēmums, kas aprēķināts ar Polar SI9000, ņemot vērā lodēšanas pretestības slāni:

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

Tā kā lodēšanas pretestības slāņa biezumu nav viegli kontrolēt, var izmantot arī aptuvenu pieeju, kā ieteicis plāksnes ražotājs: no virsmas modeļa aprēķina atņemiet noteiktu vērtību. Ieteicams, lai diferenciālā pretestība būtu mīnus 8 omi, un viena gala pretestība būtu mīnus 2 omi.

Diferenciālās PCB prasības vadiem

(1) Nosakiet elektroinstalācijas režīmu, parametrus un pretestības aprēķinu. Līnijas maršrutēšanai ir divu veidu atšķirību režīmi: ārējā slāņa mikrolīniju līniju atšķirības režīms un iekšējā slāņa joslu atšķirības režīms. Pretestību var aprēķināt, izmantojot atbilstošu pretestības aprēķināšanas programmatūru (piemēram, POLAR-SI9000) vai pretestības aprēķināšanas formulu, izmantojot saprātīgu parametru iestatīšanu.

(2) Paralēlās izometriskās līnijas. Nosakiet līnijas platumu un atstarpes, un, maršrutējot, stingri ievērojiet aprēķināto līnijas platumu un atstarpi. Attālumam starp divām līnijām vienmēr jābūt nemainīgam, tas ir, lai tas būtu paralēls. 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. Parasti mēģiniet izvairīties no atšķirību signāla izmantošanas starp slāņiem, proti, tāpēc, ka faktiskajā PCB apstrādē procesā kaskādes laminētās izlīdzināšanas precizitāte ir daudz zemāka, nekā noteikts starp kodināšanas precizitāti un laminētā dielektriskā zuduma procesā, nevar garantēt, ka starpība starp rindām ir vienāda ar starpslāņu dielektriķa biezumu, radīs atšķirību starp pretestības izmaiņu starpības slāņiem. Ieteicams pēc iespējas izmantot atšķirību vienā slānī.