Bez riadenia impedancie dôjde k značnému odrazu a skresleniu signálu, čo povedie k zlyhaniu návrhu. Bežné signály, ako napríklad zbernica PCI, zbernica PCI-E, USB, ethernet, pamäť DDR, signál LVDS atď., Všetky vyžadujú riadenie impedancie. Impedančné riadenie je v konečnom dôsledku potrebné realizovať prostredníctvom konštrukcie plošných spojov, ktorá kladie aj vyššie požiadavky na Doska s plošnými spojmi technológie. Po komunikácii s továrňou na dosky plošných spojov a v kombinácii s použitím softvéru EDA je impedancia vedenia riadená podľa požiadaviek na integritu signálu.

Na získanie zodpovedajúcej hodnoty impedancie je možné vypočítať rôzne metódy zapojenia.

Mikropáskové linky

• Skladá sa z pásu drôtu so základnou rovinou a dielektrikom v strede. Ak je ovládateľná dielektrická konštanta, šírka čiary a jej vzdialenosť od základnej roviny, potom je možné ovládať jej charakteristickú impedanciu a presnosť bude v rozmedzí ± 5%.

Ako ovládať impedanciu zapojenia DPS

páskové

Páska pásky je medený pás v strede dielektrika medzi dvoma vodivými rovinami. Ak je hrúbka a šírka čiary, dielektrická konštanta média a vzdialenosť medzi základnými rovinami dvoch vrstiev regulovateľné, je možné ovládať charakteristickú impedanciu linky a presnosť je do 10%.

Ako ovládať impedanciu zapojenia DPS

Štruktúra viacvrstvovej dosky:

Aby bolo možné dobre ovládať impedanciu DPS, je potrebné porozumieť štruktúre DPS:

Viacvrstvová doska, ktorú nazývame viacvrstvová, je obvykle tvorená jadrovou doskou a polotuhým plechom laminovaným navzájom. Základná doska je tvrdá, dvojvrstvová chlebová doska so špecifickou hrúbkou, ktorá je základným materiálom tlačenej dosky. A čiastočne vytvrdený kus tvorí takzvanú infiltračnú vrstvu, hrá úlohu spojenia jadrovej dosky, aj keď existuje určitá počiatočná hrúbka, ale v procese lisovania dôjde k určitým zmenám.

Najvzdialenejšími dvoma dielektrickými vrstvami viacvrstvových sú zvyčajne zvlhčené vrstvy a ako vonkajšia medená fólia sa na vonkajšej strane týchto dvoch vrstiev používajú samostatné vrstvy medenej fólie. Pôvodná špecifikácia hrúbky vonkajšej medenej fólie a vnútornej medenej fólie je spravidla 0.5 oz, 1OZ, 2OZ (1OZ je asi 35 um alebo 1.4 mil.), Ale po sérii povrchových úprav sa konečná hrúbka vonkajšej medenej fólie spravidla zvýši asi o 1OZ. Vnútorná medená fólia je medený kryt na oboch stranách jadrovej dosky. Konečná hrúbka sa líši od pôvodnej hrúbky, ale spravidla sa leptaním zníži o niekoľko um.

Vonkajšou vrstvou viacvrstvovej dosky je vrstva zváracieho odporu, čo často hovoríme „zelený olej“, samozrejme, môže to byť aj žltá alebo iná farba. Hrúbku vrstvy odolnej voči spájkovaniu nie je všeobecne ľahké presne určiť. Plocha bez medenej fólie na povrchu je o niečo hrubšia ako plocha s medenou fóliou, ale kvôli nedostatku hrúbky medenej fólie je medená fólia stále výraznejšia, keď sa dotkneme povrchu dosky s potlačou prstami.

Keď sa vyrobí konkrétna hrúbka tlačenej dosky, na jednej strane sa vyžaduje rozumný výber parametrov materiálu, na druhej strane bude konečná hrúbka polotvrdeného plechu menšia ako počiatočná hrúbka. Nasleduje typická 6-vrstvová laminovaná štruktúra:

Ako ovládať impedanciu zapojenia DPS

Parametre DPS:

Rôzne závody na PCB majú malé rozdiely v parametroch PCB. Prostredníctvom komunikácie s technickou podporou závodu na dosku s plošnými spojmi sme získali niekoľko údajov o parametroch závodu:

Povrchová medená fólia:

Môžu byť použité tri hrúbky medenej fólie: 12um, 18um a 35um. Konečná hrúbka po dokončení je asi 44um, 50um a 67um.

Základná doska: S1141A, štandardná FR-4, bežne sa používajú dve medené platne. Voliteľné špecifikácie je možné zistiť kontaktovaním výrobcu.

Polovytvrdená tableta:

Špecifikácia (pôvodná hrúbka) je 7628 (0.185 mm), 2116 (0.105 mm), 1080 (0.075 mm), 3313 (0.095 mm). Skutočná hrúbka po lisovaní je zvyčajne o 10-15 µm menšia ako pôvodná hodnota. Na rovnakú infiltračnú vrstvu je možné použiť maximálne 3 polotuhé tablety a hrúbka 3 polotuhých tabliet nemôže byť rovnaká, je možné použiť aspoň jednu polovicu vytvrdnutú tabletu, ale niektorí výrobcovia musia použiť najmenej dve . Ak nie je hrúbka polotvrdeného kusu dostatočná, medenú fóliu na oboch stranách jadrovej dosky je možné odleptať a potom čiastočne vytvrdený kus spojiť na oboch stranách, takže je možné vytvoriť hrubšiu infiltračnú vrstvu. dosiahnuté.

Odporová zváracia vrstva:

Hrúbka vrstvy spájkovacej hmoty na medenej fólii je C2≈8-10um. Hrúbka vrstvy odolnej voči spájkovaniu na povrchu bez medenej fólie je C1, ktorá sa líši v závislosti od hrúbky medi na povrchu. Keď je hrúbka medi na povrchu 45um, C1≈13-15um, a keď je hrúbka medi na povrchu 70um, C1≈17-18um.

Traverzová sekcia:

Mysleli by sme si, že prierez drôtu je obdĺžnik, ale v skutočnosti je to lichobežník. Ak vezmeme ako príklad TOP vrstvu, keď je hrúbka medenej fólie 1OZ, horný spodný okraj lichobežníka je o 1 MIL kratší ako dolný spodný okraj. Ak je napríklad šírka čiary 5 MIL, horná a dolná strana sú približne 4 mil. A spodné a dolné strany sú približne 5 mil. Rozdiel medzi horným a dolným okrajom súvisí s hrúbkou medi. Nasledujúca tabuľka ukazuje vzťah medzi vrchom a spodkom lichobežníka za rôznych podmienok.

Ako ovládať impedanciu zapojenia DPS

Permitivita: permitivita polotvrdených plechov súvisí s hrúbkou. Nasledujúca tabuľka uvádza parametre hrúbky a permitivity rôznych typov polotvrdených plechov:

Ako ovládať impedanciu zapojenia DPS

Dielektrická konštanta dosky súvisí s použitým živicovým materiálom. Dielektrická konštanta dosky FR4 je 4.2 – 4.7 a klesá so zvyšovaním frekvencie.

Dielektrický stratový faktor: dielektrické materiály pôsobením striedavého elektrického poľa v dôsledku spotreby tepla a energie sa nazývajú dielektrické straty, zvyčajne vyjadrené dielektrickým stratovým faktorom Tan δ. Typická hodnota pre S1141A je 0.015.

Minimálna šírka a rozstup riadkov na zaistenie obrábania: 4 mil./4 mil.

Predstavenie nástroja na výpočet impedancie:

Keď porozumieme štruktúre viacvrstvovej dosky a zvládneme požadované parametre, môžeme impedanciu vypočítať pomocou softvéru EDA. Na to môžete použiť Allegro, ale ja odporúčam Polar SI9000, ktorý je dobrým nástrojom na výpočet charakteristickej impedancie a teraz ho používa mnoho tovární na PCB.

Pri výpočte charakteristickej impedancie vnútorného signálu diferenciálnej linky a jednej koncovej linky nájdete medzi Polar SI9000 a Allegro iba malý rozdiel kvôli niektorým podrobnostiam, ako je tvar prierezu drôtu. Ak však ide o výpočet charakteristickej impedancie povrchového signálu, navrhujem, aby ste namiesto povrchového modelu zvolili potiahnutý model, pretože tieto modely zohľadňujú existenciu vrstvy odporu spájky, takže výsledky budú presnejšie. Nasleduje čiastočný obrázok impedancie povrchovej diferenciálnej čiary vypočítanej pomocou Polar SI9000 vzhľadom na vrstvu odporu spájky:

Ako ovládať impedanciu zapojenia DPS

Pretože hrúbka vrstvy spájkovacej rezistencie sa nedá ľahko ovládať, je možné použiť aj približný prístup, ako odporúča výrobca dosky: odčítajte konkrétnu hodnotu z výpočtu modelu povrchu. Odporúča sa, aby diferenciálna impedancia bola mínus 8 ohmov a impedancia jedného konca mínus 2 ohmy.

Diferenciálne požiadavky na PCB na zapojenie

(1) Určte režim zapojenia, parametre a výpočet impedancie. Existujú dva druhy rozdielových režimov pre smerovanie liniek: režim rozdielu medzi čiarami mikropáskovej vonkajšej vrstvy a režim rozdielu medzi čiarami vnútornej vrstvy. Impedanciu je možné vypočítať pomocou príbuzného softvéru na výpočet impedancie (napríklad POLAR-SI9000) alebo vzorca na výpočet impedancie prostredníctvom rozumného nastavenia parametrov.

(2) Paralelné izometrické čiary. Určte šírku a medzery riadkov a pri smerovaní striktne dodržujte vypočítanú šírku a medzery. Rozstup medzi dvoma čiarami musí vždy zostať nezmenený, to znamená, aby bol rovnobežný. Existujú dva spôsoby rovnobežnosti: jeden je ten, že dve čiary kráčajú v rovnakej vrstve vedľa seba, a druhý je, že tieto dve čiary kráčajú v prekrývajúcej sa vrstve. Vo všeobecnosti sa pokúste vyhnúť používaniu rozdielového signálu medzi vrstvami, a to najmä preto, že pri skutočnom spracovaní DPS v procese je kvôli kaskádovej laminovanej presnosti zarovnania oveľa nižšia, ako je stanovené medzi presnosťou leptania a pri procese laminovanej straty dielektrika, nemôže zaručiť, že rozstup riadkov sa rovná hrúbke medzivrstvového dielektrika, spôsobí rozdiel medzi vrstvami rozdielu zmeny impedancie. Odporúča sa použiť rozdiel v rámci tej istej vrstvy čo najviac.