Paano makontrol PCB impedance?

Without impedance control, considerable signal reflection and distortion will be caused, resulting in design failure. Mga karaniwang signal, tulad ng PCI bus, PCI-E bus, USB, Ethernet, memory ng DDR, signal ng LVDS, atbp., Lahat ay nangangailangan ng 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.

Ang iba`t ibang mga pamamaraan ng mga kable ay maaaring kalkulahin upang makuha ang kaukulang halaga ng impedance.

Microstrip lines

• Ito ay binubuo ng isang guhit ng kawad na may ground plane at dielectric sa gitna. Kung ang dielectric pare-pareho, ang lapad ng linya, at ang distansya nito mula sa ground plane ay maaaring makontrol, kung gayon ang katangian na impedance ay makokontrol, at ang kawastuhan ay nasa loob ng ± 5%.

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

Stripline

Ang isang linya ng laso ay isang strip ng tanso sa gitna ng dielectric sa pagitan ng dalawang nagsasagawa ng mga eroplano. 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:

Upang makontrol nang maayos ang PCB impedance, kinakailangang maunawaan ang istraktura ng PCB:

Karaniwan ang tinatawag nating multilayer board ay binubuo ng core plate at semi-solidified sheet na nakalamina kasama ang bawat isa. Ang Core board ay isang matigas, tiyak na kapal, dalawang plate na tanso ng tinapay, na siyang pangunahing materyal ng naka-print na board. 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.

Kadalasan ang pinakamalabas na dalawang mga layer ng dielectric ng isang multilayer ay basang mga layer, at magkakahiwalay na mga layer ng tanso foil ay ginagamit sa labas ng dalawang layer na ito bilang panlabas na tanso foil. Ang orihinal na detalye ng kapal ng panlabas na tanso foil at panloob na tanso foil sa pangkalahatan ay 0.5oz, 1OZ, 2OZ (1OZ ay tungkol sa 35um o 1.4mil), ngunit pagkatapos ng isang serye ng paggamot sa ibabaw, ang huling kapal ng panlabas na tanso foil ay karaniwang madaragdagan tungkol sa 1OZ. Ang panloob na tanso foil ay ang tanso na sumasakop sa magkabilang panig ng core plate. Ang huling kapal ay naiiba nang kaunti sa orihinal na kapal, ngunit sa pangkalahatan ito ay nabawasan ng maraming um dahil sa pag-ukit.

Ang pinakalabas na layer ng multilayer board ay ang welding layer ng welding, na kung saan ay madalas nating sabihin na “berdeng langis”, syempre, maaari din itong dilaw o iba pang mga kulay. 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. Ang sumusunod ay isang tipikal na 6-layer na nakalamina na istraktura:

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:

Ibabaw ng tanso foil:

There are three thicknesses of copper foil that can be used: 12um, 18um and 35um. Ang huling kapal pagkatapos ng pagtatapos ay tungkol sa 44um, 50um at 67um.

Core plate: S1141A, karaniwang FR-4, dalawang tinapay na may plate na tanso ang karaniwang ginagamit. Ang mga opsyonal na pagtutukoy ay maaaring matukoy sa pamamagitan ng pakikipag-ugnay sa gumawa.

Semi-cured tablet:

Ang mga pagtutukoy (orihinal na kapal) ay 7628 (0.185mm), 2116 (0.105mm), 1080 (0.075mm), 3313 (0.095mm). Ang tunay na kapal pagkatapos ng pagpindot ay karaniwang mga 10-15um mas mababa kaysa sa orihinal na halaga. Ang maximum na 3 semi-cured tablets ay maaaring magamit para sa parehong layer ng infiltration, at ang kapal ng 3 semi-cured na tablet ay hindi maaaring pareho, kahit isang kalahating cured tablet ay maaaring magamit, ngunit ang ilang mga tagagawa ay dapat gumamit ng hindi bababa sa dalawa . Kung ang kapal ng semi-cured na piraso ay hindi sapat, ang tanso foil sa magkabilang panig ng core plate ay maaaring nakaukit, at pagkatapos ang semi-cured na piraso ay maaaring maiugnay sa magkabilang panig, upang ang isang mas makapal na layer ng pagpasok ay maaaring nakamit

Layer ng hinang ng resistensya:

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.

Tumawid na seksyon:

Iisipin namin na ang cross section ng isang kawad ay isang rektanggulo, ngunit ito ay talagang isang trapezoid. Ang pagkuha ng TOP layer bilang isang halimbawa, kapag ang kapal ng tanso foil ay 1OZ, ang itaas na ilalim na gilid ng trapezoid ay 1MIL mas maikli kaysa sa ibabang ilalim na gilid. Halimbawa, kung ang lapad ng linya ay 5MIL, pagkatapos ang tuktok at ibabang panig ay tungkol sa 4MIL at ang ilalim at ilalim na panig ay tungkol sa 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

Permittivity: Ang permittivity ng semi-cured sheet ay may kaugnayan sa kapal. Ipinapakita ng sumusunod na talahanayan ang mga parameter ng kapal at pagpapahintulot ng iba’t ibang uri ng mga semi-cured sheet:

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.

Dielectric loss factor: ang mga dielectric na materyales sa ilalim ng pagkilos ng alternating electric field, dahil sa pagkonsumo ng init at enerhiya ay tinatawag na dielectric loss, karaniwang ipinahiwatig ng dielectric loss factor na Tan δ. Ang karaniwang halaga para sa S1141A ay 0.015.

Minimum na lapad ng linya at spacing ng linya upang matiyak na ang machining: 4mil / 4mil.

Pagpapakilala ng tool sa pagkalkula ng imppedance:

Kapag naiintindihan namin ang istraktura ng multilayer board at master ang mga kinakailangang parameter, maaari naming kalkulahin ang impedance sa pamamagitan ng EDA software. Maaari mong gamitin ang Allegro upang gawin ito, ngunit inirerekumenda ko ang Polar SI9000, na isang mahusay na tool para sa pagkalkula ng impedance ng katangian at ginagamit ngayon ng maraming mga pabrika ng PCB.

Kapag kinakalkula ang katangian na impedance ng panloob na signal ng pareho ang linya ng kaugalian at ang solong linya ng terminal, mahahanap mo lamang ang kaunting pagkakaiba sa pagitan ng Polar SI9000 at Allegro dahil sa ilang mga detalye, tulad ng hugis ng cross section ng kawad. Gayunpaman, kung upang makalkula ang katangian na impedance ng Surface signal, iminumungkahi ko na piliin mo ang Coated model sa halip na ang Surface model, dahil isinasaalang-alang ng mga nasabing modelo ang pagkakaroon ng layer ng paglaban ng solder, kaya ang mga resulta ay magiging mas tumpak. Ang sumusunod ay isang bahagyang screenshot ng impedance na linya ng pagkakaiba sa ibabaw na kinakalkula sa Polar SI9000 na isinasaalang-alang ang layer ng paglaban ng solder:

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

Dahil ang kapal ng layer ng solder resist ay hindi madaling makontrol, ang isang tinatayang diskarte ay maaari ding gamitin, tulad ng inirekomenda ng tagagawa ng board: ibawas ang isang tukoy na halaga mula sa pagkalkula ng modelo ng Surface. Inirerekumenda na ang kaugalian na impedance ay minus 8 ohm at ang solong-impedance na minus 2 ohm.

Mga kinakailangang kinakailangan sa PCB para sa mga kable

(1) Tukuyin ang mode ng mga kable, mga parameter at pagkalkula ng impedance. Mayroong dalawang uri ng mga mode ng pagkakaiba para sa pagruruta ng linya: panlabas na layer na mode ng pagkakaiba-iba ng linya ng microstrip at mode ng pagkakaiba-iba ng panloob na layer strip. Maaaring makalkula ang imppedance ng nauugnay na software ng pagkalkula ng impedance (tulad ng POLAR-SI9000) o formula ng pagkalkula ng impedance sa pamamagitan ng makatuwirang setting ng parameter.

(2) Mga parallel na linya ng isometric. Tukuyin ang lapad ng linya at spacing, at mahigpit na sundin ang kinakalkula na lapad ng linya at spacing kapag nagruruta. Ang agwat sa pagitan ng dalawang linya ay dapat laging manatiling hindi nagbabago, iyon ay, upang mapanatili ang parallel. 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. Pangkalahatang subukang iwasan ang paggamit ng signal ng pagkakaiba sa pagitan ng mga layer, lalo dahil sa aktwal na pagproseso ng PCB sa proseso, dahil sa cascading na laminated alignment na katumpakan ay mas mababa kaysa sa ibinigay sa pagitan ng katumpakan ng pag-ukit, at sa proseso ng laminated dielectric loss, Hindi magagarantiyahan ang pagkakaiba sa linya ng agwat ay katumbas ng kapal ng interlayer dielectric, ay magdudulot ng pagkakaiba sa pagitan ng mga layer ng pagkakaiba ng pagbabago ng impedance. Inirerekumenda na gamitin ang pagkakaiba sa loob ng parehong layer hangga’t maaari.