Kako nadzorovati PCB impedanca?

Without impedance control, considerable signal reflection and distortion will be caused, resulting in design failure. Običajni signali, kot so vodilo PCI, vodilo PCI-E, USB, Ethernet, pomnilnik DDR, signal LVDS itd., Potrebujejo nadzor impedance. 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.

Za pridobitev ustrezne vrednosti impedance je mogoče izračunati različne načine ožičenja.

Microstrip lines

• Sestavljen je iz traku žice z ozemljitveno ravnino in dielektrikom na sredini. Če je dielektrična konstanta, širina črte in njena razdalja od ozemljitvene ravnine mogoče nadzorovati, potem je njena značilna impedanca obvladljiva in natančnost bo v okviru ± 5%.

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

Stripline

Linija traku je bakreni trak na sredini dielektrika med dvema prevodnima ravninama. 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:

Za dobro kontrolo impedance PCB je treba razumeti strukturo PCB:

Običajno tisto, kar imenujemo večplastna plošča, sestavljajo jedrna plošča in poltrde pločevine, laminirane skupaj. Jedrna plošča je trda, specifične debeline, dve krušni bakreni plošči, ki je osnovni material tiskane plošče. 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.

Običajno sta zunanji dve dielektrični plasti večplastne navlažene plasti, ločene plasti bakrene folije pa se uporabljajo na zunanji strani teh dveh plasti kot zunanja bakrena folija. Prvotna specifikacija debeline zunanje bakrene folije in notranje bakrene folije je na splošno 0.5 oz, 1 oz, 2 oz (1 oz je približno 35um ali 1.4 mil), vendar se bo po vrsti površinske obdelave končna debelina zunanje bakrene folije na splošno povečala za približno 1OZ. Notranja bakrena folija je bakrena obloga na obeh straneh jedrne plošče. Končna debelina se malo razlikuje od prvotne debeline, vendar se zaradi jedkanja na splošno zmanjša za nekaj um.

Najbolj zunanji sloj večplastne plošče je plast odpornosti proti varjenju, kar pogosto rečemo “zeleno olje”, seveda je lahko tudi rumena ali druge barve. 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. Sledi tipična 6-slojna laminirana struktura:

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:

Površinska bakrena folija:

There are three thicknesses of copper foil that can be used: 12um, 18um and 35um. Končna debelina po zaključku je približno 44um, 50um in 67um.

Jedrna plošča: S1141A, standard FR-4, običajno se uporabljata dve panirani bakreni plošči. Neobvezne specifikacije lahko določite tako, da se obrnete na proizvajalca.

Semi-cured tablet:

Specifikacije (prvotna debelina) so 7628 (0.185 mm), 2116 (0.105 mm), 1080 (0.075 mm), 3313 (0.095 mm). Dejanska debelina po stiskanju je običajno približno 10-15 mm manjša od prvotne vrednosti. Za isto infiltracijsko plast lahko uporabimo največ 3 polsušene tablete, debelina 3 polsušenih tablet pa ne more biti enaka, lahko uporabimo vsaj eno napol strjeno tableto, vendar morajo nekateri proizvajalci uporabiti vsaj dve . 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.

Odporni varilni sloj:

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.

Prečni odsek:

Mislili bi, da je presek žice pravokotnik, v resnici pa je to trapez. Če za primer vzamemo plast TOP, ko je debelina bakrene folije 1 oz, je zgornji spodnji rob trapeza za 1 miljo krajši od spodnjega spodnjega roba. Če je na primer širina črte 5MIL, sta zgornja in spodnja stran približno 4MIL, spodnja in spodnja stran pa približno 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

Dovoljenje: Dovoljenje polsušenih listov je povezano z debelino. Naslednja tabela prikazuje parametre debeline in prepustnosti različnih vrst polsušenih listov:

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.

Faktor dielektričnih izgub: dielektrični materiali pod vplivom izmeničnega električnega polja se zaradi porabe toplote in energije imenujejo dielektrične izgube, običajno izražene s faktorjem dielektričnih izgub Tan δ. Tipična vrednost za S1141A je 0.015.

Najmanjša širina črte in razmik med vrsticami za zagotovitev obdelave: 4mil/4mil.

Predstavitev orodja za izračun impedance:

Ko razumemo strukturo večplastne plošče in obvladamo zahtevane parametre, lahko izračunamo impedanco s programsko opremo EDA. Za to lahko uporabite Allegro, vendar priporočam Polar SI9000, ki je dobro orodje za izračun karakteristične impedance in ga zdaj uporabljajo številne tovarne PCB.

Pri izračunu značilne impedance notranjega signala tako diferencialnega voda kot enojnega priključnega voda boste ugotovili le majhno razliko med Polar SI9000 in Allegro zaradi nekaterih podrobnosti, kot je oblika prereza žice. Če pa želite izračunati značilno impedanco Surface signala, predlagam, da namesto Surface modela izberete model Coated, ker takšni modeli upoštevajo obstoj sloja odpornosti spajkanja, zato bodo rezultati natančnejši. 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

Ker debeline spajkalne uporne plasti ni mogoče enostavno nadzorovati, lahko uporabite tudi približen pristop, kot priporoča proizvajalec plošče: od izračuna modela Surface odštejte določeno vrednost. Priporočljivo je, da je diferencialna impedanca minus 8 ohmov, impedanca na enem koncu pa minus 2 ohma.

Diferencialne zahteve za PCB za ožičenje

(1) Določite način ožičenja, parametre in izračun impedance. Za usmerjanje linij obstajata dve vrsti načinov razlik: način razlike v liniji mikrotrakastega zunanjega sloja in način razlike v liniji notranjega sloja. Impedanco je mogoče izračunati z ustrezno programsko opremo za izračun impedance (kot je POLAR-SI9000) ali formulo za izračun impedance z razumno nastavitvijo parametrov.

(2) Vzporedne izometrične črte. Določite širino črte in razmik ter pri usmerjanju strogo upoštevajte izračunano širino in razmik črte. Razmik med dvema črtama mora ostati vedno nespremenjen, torej ohraniti vzporednost. 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. Na splošno se izogibajte uporabi signala razlike med plastmi, in sicer zato, ker je pri dejanski obdelavi PCB v postopku zaradi kaskadne laminirane natančnosti poravnave veliko nižja, kot je določena med natančnostjo jedkanja in v procesu laminirane dielektrične izgube, ne more jamčiti, da je razmik med vrsticami enak debelini vmesnega dielektrika, bo povzročila razliko med plastmi razlike v spremembi impedance. Priporočljivo je, da čim bolj uporabite razliko znotraj iste plasti.