Hvordan kontrollere PCB impedans?

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.

Ulike ledningsmetoder kan beregnes for å få den tilsvarende impedansverdien.

Microstrip lines

• Den består av en trådstrimmel med jordplanet og dielektrikum i midten. Hvis den dielektriske konstanten, bredden på linjen og dens avstand fra jordplanet er kontrollerbar, er dens karakteristiske impedans kontrollerbar, og nøyaktigheten vil være innenfor ± 5%.

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

Stripline

En båndlinje er en kobberstrimmel i midten av dielektrikummet mellom to ledende fly. 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:

For å kontrollere PCB -impedansen godt, er det nødvendig å forstå strukturen til PCB:

Vanligvis består det vi kaller flerlagsbrett av kjerneplate og halvstivnet ark som er laminert sammen med hverandre. Kjerneplate er en hard, spesifikk tykkelse, to brød kobberplate, som er grunnmaterialet til det trykte brettet. 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. Den opprinnelige tykkelsesspesifikasjonen for ytre kobberfolie og indre kobberfolie er generelt 0.5 oz, 1 OZ, 2 OZ (1 OZ er omtrent 35 um eller 1.4 mil), men etter en serie overflatebehandling vil den endelige tykkelsen på ytre kobberfolie generelt øke med ca. 1 OZ. Den indre kobberfolien er kobberdekselet på begge sider av kjerneplaten. Den endelige tykkelsen skiller seg lite fra den opprinnelige tykkelsen, men den reduseres vanligvis med flere um på grunn av etsning.

Det ytterste laget på flerlagsplaten er sveisemotstandslaget, det er det vi ofte sier “grønn olje”, selvfølgelig kan det også være gult eller andre farger. 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:

Overflate kobberfolie:

There are three thicknesses of copper foil that can be used: 12um, 18um and 35um. Den endelige tykkelsen etter ferdigstillelse er ca 44um, 50um og 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:

Spesifikasjoner (original tykkelse) er 7628 (0.185 mm), 2116 (0.105 mm), 1080 (0.075 mm), 3313 (0.095 mm). Den faktiske tykkelsen etter pressing er vanligvis omtrent 10-15um mindre enn den opprinnelige verdien. Maksimalt 3 halvherdede tabletter kan brukes for det samme infiltrasjonslaget, og tykkelsen på 3 halvherdede tabletter kan ikke være den samme, minst en halvherdet tablett kan brukes, men noen produsenter må bruke minst to . 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.

Tverrsnitt:

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. For eksempel, hvis linjebredden er 5MIL, er topp- og undersiden omtrent 4MIL og bunnen og undersiden er omtrent 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.

Dielectric loss factor: dielectric materials under the action of alternating electric field, due to heat and energy consumption is called dielectric loss, usually expressed by dielectric loss factor Tan δ. Den typiske verdien for S1141A er 0.015.

Minste linjebredde og linjeavstand for å sikre bearbeiding: 4mil/4mil.

Introduksjon av beregningsverktøy for impedans:

When we understand the structure of the multilayer board and master the required parameters, we can calculate the impedance through EDA software. Du kan bruke Allegro til å gjøre dette, men jeg anbefaler Polar SI9000, som er et godt verktøy for å beregne karakteristisk impedans og nå brukes av mange PCB -fabrikker.

Når du beregner den karakteristiske impedansen til det indre signalet til både differensiallinjen og den enkelte terminallinjen, finner du bare en liten forskjell mellom Polar SI9000 og Allegro på grunn av noen detaljer, for eksempel formen på ledningens tverrsnitt. However, if it is to calculate the characteristic impedance of the Surface signal, I suggest you choose the Coated model instead of the Surface model, because such models take into account the existence of solder resistance layer, so the results will be more accurate. 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

Siden tykkelsen på loddebestandighetslaget ikke lett kan kontrolleres, kan en omtrentlig tilnærming også brukes, som anbefalt av brettprodusenten: trekk fra en bestemt verdi fra overflatemodellberegningen. Det anbefales at differensialimpedansen er minus 8 ohm og en-ende-impedansen er minus 2 ohm.

Differensielle PCB -krav for ledninger

(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) Parallelle isometriske linjer. Bestem linjebredden og avstanden, og følg den beregnede linjebredden og avstanden strengt når du dirigerer. Avstanden mellom to linjer må alltid forbli uendret, det vil si for å være parallell. 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. Prøv generelt å unngå å bruke differansesignalet mellom lagene, nemlig fordi den i selve behandlingen av PCB i prosessen på grunn av den kaskaderende laminerte justeringsnøyaktigheten er mye lavere enn gitt mellom etsingspresisjonen og i prosessen med laminert dielektrisk tap, kan ikke garantere at forskjellen mellom linjeavstanden er lik tykkelsen på dielektrisk mellomlag, vil forårsake forskjellen mellom lagene av forskjellen i impedansendring. Det anbefales å bruke differansen i samme lag så mye som mulig.