Brez nadzora impedance bo prišlo do znatnega odboja in popačenja signala, kar bo povzročilo napako pri načrtovanju. Običajni signali, kot so vodilo PCI, vodilo PCI-E, USB, Ethernet, pomnilnik DDR, signal LVDS itd., Potrebujejo nadzor impedance. Kontrolo impedance je na koncu treba izvesti z zasnovo PCB, ki postavlja tudi višje zahteve za PCB plošča tehnologijo. Po komunikaciji s tovarno PCB in v kombinaciji z uporabo programske opreme EDA se impedanca ožičenja nadzira v skladu z zahtevami celovitosti signala.

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

Mikrotračne linije

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%.

Kako nadzirati impedanco ožičenja PCB

Stripline

Linija traku je bakreni trak na sredini dielektrika med dvema prevodnima ravninama. Če je mogoče nadzorovati debelino in širino črte, dielektrično konstanto medija in razdaljo med ravninama tal obeh plasti, je mogoče nadzorovati značilno impedanco črte in natančnost je znotraj 10%.

Kako nadzirati impedanco ožičenja PCB

Struktura večplastne plošče:

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. Polsušeni kos tvori tako imenovano infiltracijsko plast, igra vlogo povezovanja jedrne plošče, čeprav obstaja določena začetna debelina, vendar se bo v procesu stiskanja njene debeline zgodilo nekaj sprememb.

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. Debeline sloja odpornosti na spajkanje na splošno ni enostavno določiti. Območje brez bakrene folije na površini je nekoliko debelejše od površine z bakreno folijo, vendar zaradi pomanjkanja debeline bakrene folije, zato je bakrena folija še vedno bolj izrazita, ko se s prsti dotaknemo površine tiskane plošče.

Pri izdelavi določene debeline tiskane plošče je po eni strani potrebna razumna izbira parametrov materiala, po drugi strani pa bo končna debelina poltrdega lista manjša od začetne debeline. Sledi tipična 6-slojna laminirana struktura:

Kako nadzirati impedanco ožičenja PCB

Parametri PCB:

Različne naprave za PCB imajo majhne razlike v parametrih PCB. S komunikacijo s tehnično podporo tovarne tiskanih vezij smo pridobili nekaj podatkov o parametrih naprave:

Površinska bakrena folija:

Uporabljajo se lahko tri debeline bakrene folije: 12um, 18um in 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.

Polsušena tableta:

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 . Če debelina polsušenega kosa ni zadostna, lahko bakreno folijo na obeh straneh jedrne plošče odrežemo, nato pa lahko poltreti kos povežemo na obeh straneh, tako da je lahko debelejša infiltracijska plast doseženo.

Odporni varilni sloj:

Debelina spajkalne uporne plasti na bakreni foliji je C2≈8-10um. Debelina sloja za spajkanje na površini brez bakrene folije je C1, ki se spreminja glede na debelino bakra na površini. Ko je debelina bakra na površini 45um, C1≈13-15um in ko je debelina bakra na površini 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. Razlika med zgornjim in spodnjim robom je povezana z debelino bakra. Naslednja tabela prikazuje razmerje med vrhom in dnom trapeza pod različnimi pogoji.

Kako nadzirati impedanco ožičenja PCB

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

Kako nadzirati impedanco ožičenja PCB

Dielektrična konstanta plošče je povezana z uporabljenim smolnim materialom. Dielektrična konstanta plošče FR4 je 4.2 – 4.7 in se s povečanjem frekvence zmanjšuje.

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. Sledi delni posnetek zaslona impedance površinske diferencialne linije, izračunane s Polarjem SI9000 glede na plast upora odpornosti:

Kako nadzirati impedanco ožičenja 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. Obstajata dva načina vzporednosti: ena je, da dve črti hodita v isti plasti drug ob drugem, druga pa, da hodita v zgornji plasti. 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.