Hur man kontrollerar 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.

Olika ledningsmetoder kan beräknas för att få motsvarande impedansvärde.

Microstrip lines

• Den består av en trådremsa med jordplanet och dielektrikum i mitten. Om den dielektriska konstanten, linjens bredd och dess avstånd från markplanet kan kontrolleras, är dess karakteristiska impedans kontrollerbar och noggrannheten ligger inom ± 5%.

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

Stripline

En bandlinje är en remsa av koppar i mitten av dielektrikummet mellan två ledande plan. 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:

För att styra PCB -impedansen väl är det nödvändigt att förstå PCB: s struktur:

Vanligtvis består det vi kallar flerskiktsskiva av kärnplatta och halv stelnat ark laminerat tillsammans med varandra. Core board är en hård, specifik tjocklek, två bröd kopparplåt, som är grundmaterialet för den tryckta brädan. 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.

Vanligtvis är de yttersta två dielektriska skikten i ett flerskikt fuktade lager, och separata kopparfolieskikt används på utsidan av dessa två lager som den yttre kopparfolien. Den ursprungliga tjockleksspecifikationen för yttre kopparfolie och inre kopparfolie är i allmänhet 0.5oz, 1OZ, 2OZ (1OZ är cirka 35um eller 1.4mil), men efter en serie ytbehandling kommer den slutliga tjockleken på yttre kopparfolie i allmänhet att öka med cirka 1 OZ. Den inre kopparfolien är koppartäckningen på båda sidorna av kärnplattan. Den slutliga tjockleken skiljer sig lite från den ursprungliga tjockleken, men den reduceras i allmänhet med flera um på grund av etsning.

Det yttersta lagret på flerskiktsskivan är svetsmotståndsskiktet, vilket vi ofta säger ”grön olja”, naturligtvis kan det också vara gult eller andra färger. 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:

Ytkopparfolie:

There are three thicknesses of copper foil that can be used: 12um, 18um and 35um. Den slutliga tjockleken efter efterbehandling är ca 44um, 50um och 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:

Specifikationer (originaltjocklek) är 7628 (0.185 mm), 2116 (0.105 mm), 1080 (0.075 mm), 3313 (0.095 mm). Den verkliga tjockleken efter pressning är vanligtvis cirka 10-15um mindre än det ursprungliga värdet. Högst 3 halvhärdade tabletter kan användas för samma infiltrationsskikt, och tjockleken på 3 halvhärdade tabletter kan inte vara densamma, minst en halvhärdad tablett kan användas, men vissa tillverkare måste använda minst två . 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.

Motståndssvetsskikt:

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.

Travers sektion:

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. Till exempel, om linjebredden är 5MIL, är topp- och undersidan ungefär 4MIL och undersidan och undersidan är ca 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

Permittivitet: Permittiviteten för halvhärdade ark är relaterad till tjocklek. Följande tabell visar tjocklek och permittivitetsparametrar för olika typer av halvhärdade ark:

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.

Dielektrisk förlustfaktor: dielektriska material under verkan av alternerande elektriska fält, på grund av värme och energiförbrukning kallas dielektrisk förlust, vanligtvis uttryckt av dielektrisk förlustfaktor Tan δ. Det typiska värdet för S1141A är 0.015.

Minsta linjebredd och linjeavstånd för att säkerställa bearbetning: 4mil/4mil.

Introduktion av beräkningsverktyg för impedans:

När vi förstår strukturen på flerlagerskortet och behärskar de nödvändiga parametrarna kan vi beräkna impedansen genom EDA -programvara. Du kan använda Allegro för att göra detta, men jag rekommenderar Polar SI9000, som är ett bra verktyg för att beräkna karakteristisk impedans och används nu av många PCB -fabriker.

När du beräknar den karakteristiska impedansen för den inre signalen för både differentialledningen och den enda terminallinjen hittar du bara en liten skillnad mellan Polar SI9000 och Allegro på grund av vissa detaljer, till exempel formen på trådens tvärsnitt. Men om det är att beräkna den karakteristiska impedansen för ytsignalen föreslår jag att du väljer den belagda modellen istället för ytmodellen, eftersom sådana modeller tar hänsyn till förekomsten av lödmotståndsskikt, så resultaten blir mer exakta. 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

Eftersom tjockleken på lödresistskiktet inte är lätt att kontrollera kan en ungefärlig metod också användas, som rekommenderas av brädtillverkaren: subtrahera ett specifikt värde från ytmodellberäkningen. Det rekommenderas att differentialimpedansen är minus 8 ohm och end-end-impedansen är minus 2 ohm.

Differentiella PCB -krav för kabeldragning

(1) Determine the wiring mode, parameters and impedance calculation. Det finns två typer av skillnadslägen för linjedirigering: yttre lager mikrostrimlinje skillnadsläge och innerlageremsa radlinje skillnadsläge. Impedans kan beräknas med relaterad programvara för impedansberäkning (t.ex. POLAR-SI9000) eller impedansberäkningsformel genom rimlig parameterinställning.

(2) Parallella isometriska linjer. Bestäm linjebredden och avståndet och följ strikt den beräknade linjebredden och avståndet vid routning. Avståndet mellan två rader måste alltid förbli oförändrat, det vill säga för att hålla parallellt. 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. Försök i allmänhet att undvika att använda skillnadssignalen mellan skikten, nämligen att i själva bearbetningen av PCB i processen på grund av den kaskad laminerade inriktningsnoggrannheten är mycket lägre än vad som ges mellan etsningsprecisionen och i processen med laminerad dielektrisk förlust, kan inte garantera skillnaden linjeavstånd är lika med tjockleken på mellanlagers dielektrikum, kommer att orsaka skillnaden mellan lagren av skillnaden i impedansförändring. Det rekommenderas att använda skillnaden inom samma lager så mycket som möjligt.