Bez pretestības kontroles tiks radīts ievērojams signāla atstarojums un izkropļojumi, kā rezultātā radīsies konstrukcijas kļūme. 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 plāksne 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.

Mikrolīniju līnijas

It consists of a strip of wire with the ground plane and dielectric in the middle. Ja dielektrisko konstanti, līnijas platumu un attālumu no iezemētās plaknes var kontrolēt, tad tās raksturīgo pretestību var kontrolēt, un precizitāte būs ± 5%robežās.

How to control PCB wiring impedance

Stripline

Lentes līnija ir vara sloksne dielektriķa vidū starp divām vadošām plaknēm. Ja līnijas biezums un platums, barotnes dielektriskā konstante un attālums starp divu slāņu zemes plaknēm ir kontrolējams, līnijas raksturīgā pretestība ir kontrolējama un precizitāte ir 10%robežās.

How to control PCB wiring impedance

Daudzslāņu plātnes struktūra:

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. Un daļēji sacietējis gabals veido tā saukto infiltrācijas slāni, tam ir loma serdes plāksnes savienošanā, lai gan ir zināms sākotnējais biezums, bet tā biezuma presēšanas procesā notiks dažas izmaiņas.

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. Lodēšanas pretestības slāņa biezumu parasti nav viegli precīzi noteikt. Laukums bez vara folijas uz virsmas ir nedaudz biezāks nekā laukums ar vara foliju, bet tāpēc, ka trūkst vara folijas biezuma, tāpēc vara folija joprojām ir pamanāmāka, kad ar pirkstiem pieskaramies drukātās plātnes virsmai.

Ja tiek izgatavots noteikts iespiedpapīra biezums, no vienas puses, ir nepieciešama saprātīga materiāla parametru izvēle, no otras puses, daļēji sacietējušās loksnes galīgais biezums būs mazāks par sākotnējo biezumu. Tālāk ir parādīta tipiska 6 slāņu laminēta struktūra:

How to control PCB wiring impedance

PCB parametri:

Dažādiem PCB augiem ir nelielas atšķirības PCB parametros. Sazinoties ar shēmas plates iekārtas tehnisko atbalstu, mēs ieguvām dažus iekārtas parametru datus:

Virsmas vara folija:

Var izmantot trīs vara folijas biezumus: 12um, 18um un 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.

Daļēji sacietējusi tablete:

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 . Ja daļēji sacietējuša gabala biezums nav pietiekams, vara foliju abās serdes plāksnes pusēs var noārdīt, un pēc tam daļēji sacietējušo gabalu var savienot no abām pusēm, lai būtu biezāks infiltrācijas slānis sasniegts.

Pretestības metināšanas slānis:

Lodēšanas pretestības slāņa biezums uz vara folijas ir C2≈8-10um. Lodēšanas pretestības slāņa biezums uz virsmas bez vara folijas ir C1, kas mainās atkarībā no vara biezuma uz virsmas. Ja vara biezums uz virsmas ir 45um, C1≈13-15um un ja vara biezums uz virsmas ir 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. Atšķirība starp augšējo un apakšējo malu ir saistīta ar vara biezumu. Nākamajā tabulā parādīta attiecība starp trapeces augšējo un apakšējo daļu dažādos apstākļos.

How to control PCB wiring impedance

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

How to control PCB wiring impedance

Plāksnes dielektriskā konstante ir saistīta ar izmantoto sveķu materiālu. FR4 plāksnes dielektriskā konstante ir 4.2 – 4.7 un samazinās, palielinoties frekvencei.

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:

How to control PCB wiring impedance

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. Ir divi paralēlisma veidi: viens no tiem ir tas, ka abas līnijas iet vienā un tajā pašā blakus esošajā slānī, un otrs ir tas, ka abas līnijas iet virs slāņa. 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.