Utan impedanskontroll orsakas avsevärd signalreflektion och distorsion, vilket resulterar i konstruktionsfel. Vanliga signaler, såsom PCI-buss, PCI-E-buss, USB, Ethernet, DDR-minne, LVDS-signal, etc., behöver alla impedansstyrning. 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 -linjer

Den består av en remsa av tråd 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%.

Impedance control based on PCB design

Stripline

En bandlinje är en remsa av koppar i mitten av dielektrikummet mellan två ledande plan. Om linjens tjocklek och bredd, mediets dielektriska konstant och avståndet mellan markplanen i de två lagren är kontrollerbara, är linjens karakteristiska impedans kontrollerbar och noggrannheten ligger inom 10%.

Impedance control based on PCB design

Strukturen på flerskiktsbräda:

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. Och det halvhärdade stycket utgör det så kallade infiltreringsskiktet, spelar rollen för att binda kärnplattan, även om det finns en viss initial tjocklek, men i processen med pressning kommer dess tjocklek att inträffa några förändringar.

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. Tjockleken på lödmotståndsskiktet är i allmänhet inte lätt att bestämma exakt. Området utan kopparfolie på ytan är något tjockare än området med kopparfolie, men på grund av bristen på kopparfolie tjocklek, så är kopparfolien fortfarande mer framträdande, när vi vidrör den tryckta kartongytan med våra fingrar kan känna.

När en viss tjocklek på den tryckta kartongen görs å ena sidan krävs rimliga val av materialparametrar, å andra sidan blir den slutliga tjockleken på det halvhärdade arket mindre än den ursprungliga tjockleken. Följande är en typisk 6-lagers laminerad struktur:

Impedance control based on PCB design

PCB -parametrar:

Olika PCB -anläggningar har små skillnader i PCB -parametrar. Genom kommunikation med kretskortets tekniska support fick vi några parameterdata från anläggningen:

Ytkopparfolie:

Det finns tre tjocklekar av kopparfolie som kan användas: 12um, 18um och 35um. Den slutliga tjockleken efter efterbehandling är ca 44um, 50um och 67um.

Kärnplatta: S1141A, standard FR-4, två panerade kopparplattor används vanligtvis. De valfria specifikationerna kan fastställas genom att kontakta tillverkaren.

Halvhärdad tablett:

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 . Om tjockleken på det halvhärdade stycket inte är tillräckligt kan kopparfolien på båda sidorna av kärnplattan etsas av och sedan kan den halvhärdade biten bindas på båda sidor så att ett tjockare infiltrationsskikt kan uppnått.

Travers sektion:

Vi skulle tro att tvärsnittet av en tråd är en rektangel, men det är faktiskt en trapets. Med det översta lagret som ett exempel, när tjockleken på kopparfolie är 1OZ, är den övre nedre kanten av trapets 1MIL kortare än den nedre nedre kanten. Till exempel, om linjebredden är 5MIL, är topp- och undersidan ungefär 4MIL och undersidan och undersidan är ca 5MIL. Skillnaden mellan övre och nedre kanter är relaterad till koppartjocklek. Följande tabell visar förhållandet mellan topp och botten av trapets under olika förhållanden.

Impedance control based on PCB design

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

Impedance control based on PCB design

Plåtens dielektriska konstant är relaterad till det använda hartsmaterialet. Den dielektriska konstanten för FR4 -plattan är 4.2 – 4.7 och minskar med ökningen av frekvensen.

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. Följande är en delvis skärmdump av ytdifferentiallinjens impedans beräknad med Polar SI9000 med tanke på lödmotståndsskiktet:

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) Bestäm ledningsläge, parametrar och impedansberäkning. 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. Det finns två sätt att parallellisera: en är att de två linjerna går i samma sida vid sida-lager, och det andra är att de två linjerna går i det över-under-lagret. 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.