Cum să controlezi PCB impedanta?

Without impedance control, considerable signal reflection and distortion will be caused, resulting in design failure. Semnalele obișnuite, cum ar fi magistrala PCI, magistrala PCI-E, USB, Ethernet, memorie DDR, semnal LVDS etc., toate necesită controlul impedanței. Controlul impedanței trebuie în cele din urmă să fie realizat prin proiectarea PCB-ului, care prezintă, de asemenea, cerințe mai mari pentru tehnologia plăcilor PCB. După comunicarea cu fabrica PCB și combinată cu utilizarea software-ului EDA, impedanța cablării este controlată în conformitate cu cerințele de integritate a semnalului.

Pot fi calculate diferite metode de cablare pentru a obține valoarea impedanței corespunzătoare.

Microstrip lines

• Este format dintr-o bandă de sârmă cu planul de masă și dielectric în mijloc. Dacă constanta dielectrică, lățimea liniei și distanța sa de la planul de masă sunt controlabile, atunci impedanța sa caracteristică este controlabilă, iar precizia va fi în ± 5%.

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

Stripline

O linie de panglică este o bandă de cupru în mijlocul dielectricului între două planuri conductoare. 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:

Pentru a controla bine impedanța PCB, este necesar să înțelegem structura PCB:

De obicei, ceea ce numim placă multistrat este alcătuit din placă de miez și tablă semi-solidificată laminată între ele. Placa de bază este o placă de cupru dură, specifică, cu două pâini, care este materialul de bază al plăcii tipărite. 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.

De obicei, cele două straturi dielectrice exterioare ale unui strat multistrat sunt straturi umezite, iar straturile separate de folie de cupru sunt utilizate la exteriorul acestor două straturi ca folie de cupru exterioară. Specificația originală a grosimii foliei de cupru exterioare și a foliei de cupru interioare este în general de 0.5 oz, 1 oz, 2 oz (1 oz este de aproximativ 35um sau 1.4mil), dar după o serie de tratamente de suprafață, grosimea finală a foliei de cupru exterioare va crește în general cu aproximativ 1OZ. Folia interioară de cupru este acoperirea de cupru de pe ambele părți ale plăcii de bază. Grosimea finală diferă puțin de grosimea inițială, dar este în general redusă cu mai mulți um datorită gravării.

Stratul cel mai exterior al plăcii multistrat este stratul de rezistență la sudare, ceea ce spunem adesea „ulei verde”, desigur, poate fi și galben sau alte culori. 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. Următoarea este o structură tipică laminată cu 6 straturi:

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:

Folie de cupru de suprafață:

There are three thicknesses of copper foil that can be used: 12um, 18um and 35um. Grosimea finală după finisare este de aproximativ 44um, 50um și 67um.

Placă de bază: S1141A, standard FR-4, sunt utilizate în mod obișnuit două plăci de cupru. Specificațiile opționale pot fi determinate contactând producătorul.

Semi-cured tablet:

Specificațiile (grosimea originală) sunt 7628 (0.185 mm), 2116 (0.105 mm), 1080 (0.075 mm), 3313 (0.095 mm). Grosimea reală după presare este de obicei cu aproximativ 10-15um mai mică decât valoarea inițială. Pentru același strat de infiltrare se pot utiliza maximum 3 comprimate semicure, iar grosimea a 3 comprimate semicure nu poate fi aceeași, poate fi utilizată cel puțin o tabletă semicură, dar unii producători trebuie să utilizeze cel puțin două . Dacă grosimea piesei semi-întărite nu este suficientă, folia de cupru de pe ambele părți ale plăcii de bază poate fi gravată, iar apoi piesa semi-întărită poate fi lipită pe ambele părți, astfel încât să poată fi un strat de infiltrare mai gros realizat.

Strat de sudură cu rezistență:

Grosimea stratului de rezistență la lipire pe folia de cupru este C2≈8-10um. Grosimea stratului de rezistență la lipire de pe suprafață fără folie de cupru este C1, care variază cu grosimea cuprului de pe suprafață. Când grosimea cuprului de la suprafață este de 45um, C1≈13-15um, iar când grosimea cuprului de la suprafață este de 70um, C1≈17-18um.

Secțiunea transversală:

Am crede că secțiunea transversală a unui fir este un dreptunghi, dar este de fapt un trapez. Luând ca exemplu stratul TOP, când grosimea foliei de cupru este de 1OZ, marginea inferioară superioară a trapezului este cu 1MIL mai scurtă decât marginea inferioară inferioară. De exemplu, dacă lățimea liniei este de 5MIL, atunci laturile de sus și de jos sunt de aproximativ 4MIL, iar laturile de jos și de jos sunt de aproximativ 5MIL. Diferența dintre marginile superioare și inferioare este legată de grosimea cuprului. Tabelul următor arată relația dintre partea de sus și partea de jos a trapezului în condiții diferite.

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

Permitivitate: Permitivitatea foilor semi-întărite este legată de grosime. Următorul tabel prezintă parametrii de grosime și permitivitate ai diferitelor tipuri de foi semi-întărite:

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

Constanta dielectrică a plăcii este legată de materialul de rășină utilizat. Constanta dielectrică a plăcii FR4 este de 4.2 – 4.7 și scade odată cu creșterea frecvenței.

Factor de pierdere dielectrică: materialele dielectrice sub acțiunea câmpului electric alternativ, datorită consumului de căldură și energie se numește pierdere dielectrică, exprimată de obicei prin factorul de pierdere dielectrică Tan δ. Valoarea tipică pentru S1141A este 0.015.

Lățimea minimă a liniei și distanța dintre linii pentru a asigura prelucrarea: 4mil / 4mil.

Introducerea instrumentului de calcul al impedanței:

Când înțelegem structura plăcii multistrat și stăpânim parametrii necesari, putem calcula impedanța prin intermediul software-ului EDA. Puteți utiliza Allegro pentru a face acest lucru, dar vă recomand Polar SI9000, care este un instrument bun pentru calcularea impedanței caracteristice și este acum utilizat de multe fabrici de PCB.

Când calculați impedanța caracteristică a semnalului interior atât al liniei diferențiale, cât și al liniei terminale unice, veți găsi doar o ușoară diferență între Polar SI9000 și Allegro datorită unor detalii, cum ar fi forma secțiunii transversale a firului. Cu toate acestea, pentru a calcula impedanța caracteristică a semnalului Surface, vă sugerez să alegeți modelul Coated în locul modelului Surface, deoarece astfel de modele țin cont de existența stratului de rezistență la lipire, astfel încât rezultatele vor fi mai precise. Următoarea este o captură de ecran parțială a impedanței liniei diferențiale de suprafață calculată cu Polar SI9000 având în vedere stratul de rezistență la lipire:

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

Deoarece grosimea stratului de rezistență la lipire nu este ușor de controlat, poate fi utilizată și o abordare aproximativă, după cum recomandă producătorul plăcii: scădeți o valoare specifică din calculul modelului de suprafață. Se recomandă ca impedanța diferențială să fie de minus 8 ohmi și impedanța cu un singur capăt să fie de minus 2 ohmi.

Cerințe PCB diferențiale pentru cablare

(1) Determinați modul de cablare, parametrii și calculul impedanței. Există două tipuri de moduri de diferențiere pentru direcționarea liniei: modul diferenței de linie microstripă a stratului exterior și modul diferenței de linie a benzii de strat interior. Impedanța poate fi calculată prin intermediul software-ului de calcul al impedanței (cum ar fi POLAR-SI9000) sau al formulei de calcul a impedanței printr-o setare rezonabilă a parametrilor.

(2) Liniile izometrice paralele. Determinați lățimea și spațiul liniei și urmați cu strictețe lățimea și spațiul liniei calculate la rutare. Distanța dintre două linii trebuie să rămână întotdeauna neschimbată, adică să rămână paralelă. 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. În general, încercați să evitați utilizarea semnalului diferenței dintre straturi, și anume pentru că în procesarea efectivă a PCB-ului în proces, datorită preciziei de aliniere laminată în cascadă este mult mai mică decât cea prevăzută între precizia de gravare și în procesul de pierdere dielectrică laminată, nu poate garanta că distanța dintre linii este egală cu grosimea dielectricului între straturi, va provoca diferența dintre straturile diferenței de schimbare a impedanței. Se recomandă utilizarea diferenței în același strat cât mai mult posibil.