Empedans kontrolü olmadan, önemli sinyal yansıması ve distorsiyonu meydana gelir ve bu da tasarım hatasına neden olur. PCI veri yolu, PCI-E veri yolu, USB, Ethernet, DDR bellek, LVDS sinyali vb. gibi genel sinyallerin tümü empedans kontrolüne ihtiyaç duyar. Empedans kontrolü nihai olarak şu şekilde gerçekleştirilmelidir: PCB PCB kartı teknolojisi için daha yüksek gereksinimleri de ortaya koyan tasarım. PCB fabrikası ile iletişim kurulduktan ve EDA yazılımının kullanımıyla birleştirildikten sonra, kablolamanın empedansı, sinyal bütünlüğü gereksinimlerine göre kontrol edilir.

Karşılık gelen empedans değerini elde etmek için farklı kablolama yöntemleri hesaplanabilir.

mikroşerit çizgiler

Ortada yer düzlemi ve dielektrik olan bir tel şeridinden oluşur. Dielektrik sabiti, hattın genişliği ve yer düzleminden uzaklığı kontrol edilebilirse, karakteristik empedansı kontrol edilebilir ve doğruluk ± %5 içinde olacaktır.

PCB tasarımına dayalı empedans kontrolü

Şerit hat

Bir şerit hattı, iki iletken düzlem arasındaki dielektrik ortasında bir bakır şerittir. Hattın kalınlığı ve genişliği, ortamın dielektrik sabiti ve iki katmanın yer düzlemleri arasındaki mesafe kontrol edilebilirse, hattın karakteristik empedansı kontrol edilebilir ve doğruluk %10 içindedir.

PCB tasarımına dayalı empedans kontrolü

Çok katmanlı tahtanın yapısı:

PCB empedansını iyi kontrol etmek için PCB’nin yapısını anlamak gerekir:

Genellikle çok katmanlı levha dediğimiz şey, birbiriyle lamine edilmiş çekirdek plaka ve yarı katı levhadan oluşur. Çekirdek levha, baskılı levhanın temel malzemesi olan sert, belirli kalınlıkta, iki ekmeklik bakır levhadır. Ve yarı kürlenmiş parça, sözde infiltrasyon tabakasını oluşturur, belirli bir başlangıç ​​kalınlığı olmasına rağmen, çekirdek plakanın yapıştırılması rolünü oynar, ancak kalınlığının preslenmesi sürecinde bazı değişiklikler meydana gelecektir.

Genellikle bir çok tabakanın en dıştaki iki dielektrik tabakası ıslak tabakalardır ve bu iki tabakanın dışında dış bakır folyo olarak ayrı bakır folyo tabakaları kullanılır. Dış bakır folyonun ve iç bakır folyonun orijinal kalınlık özelliği genellikle 0.5oz, 1OZ, 2OZ’dir (1OZ yaklaşık 35um veya 1.4mil’dir), ancak bir dizi yüzey işleminden sonra, dış bakır folyonun nihai kalınlığı genellikle yaklaşık olarak artacaktır. 1 OZ. İç bakır folyo, çekirdek plakanın her iki tarafındaki bakır kaplamadır. Nihai kalınlık orijinal kalınlıktan çok az farklıdır, ancak aşındırma nedeniyle genellikle birkaç um azalır.

Çok katmanlı levhanın en dıştaki tabakası kaynak direnci tabakasıdır ki bu genellikle “yeşil yağ” dediğimiz şeydir, tabii ki sarı veya başka renkler de olabilir. Lehim direnç tabakasının kalınlığının doğru bir şekilde belirlenmesi genellikle kolay değildir. Yüzeyde bakır folyo olmayan alan, bakır folyolu alana göre biraz daha kalındır, ancak bakır folyo kalınlığının olmaması nedeniyle, bakır folyo hala daha belirgindir, basılı karton yüzeyine parmaklarımızla dokunduğumuzda hissedebiliriz.

Basılı levhanın belirli bir kalınlığı yapıldığında, bir yandan makul malzeme parametreleri seçimi gerekir, diğer yandan yarı sertleştirilmiş levhanın son kalınlığı ilk kalınlıktan daha küçük olacaktır. Aşağıdaki tipik bir 6 katmanlı lamine yapıdır:

PCB tasarımına dayalı empedans kontrolü

PCB parametreleri:

Farklı PCB tesislerinin PCB parametrelerinde küçük farklılıkları vardır. Devre kartı tesisi teknik desteği ile iletişim yoluyla, tesisin bazı parametre verilerini elde ettik:

Yüzey bakır folyo:

Kullanılabilecek üç kalınlıkta bakır folyo vardır: 12um, 18um ve 35um. Bitirdikten sonraki son kalınlık yaklaşık 44um, 50um ve 67um’dur.

Çekirdek plaka: S1141A, standart FR-4, yaygın olarak iki panelenmiş bakır plaka kullanılır. İsteğe bağlı özellikler, üretici ile iletişime geçilerek belirlenebilir.

Yarı sertleştirilmiş tablet:

Özellikler (orijinal kalınlık) 7628 (0.185 mm), 2116 (0.105 mm), 1080 (0.075 mm), 3313 (0.095 mm) şeklindedir. Preslemeden sonraki gerçek kalınlık, genellikle orijinal değerden yaklaşık 10-15um daha azdır. Aynı infiltrasyon tabakası için maksimum 3 yarı kürlenmiş tablet kullanılabilir ve 3 yarı kürlenmiş tabletin kalınlığı aynı olamaz, en az bir yarım kürlenmiş tablet kullanılabilir, ancak bazı üreticiler en az iki tablet kullanmalıdır. . Yarı sertleştirilmiş parçanın kalınlığı yeterli değilse, çekirdek plakanın her iki tarafındaki bakır folyo kazınarak çıkarılabilir ve daha sonra yarı sertleştirilmiş parça her iki tarafa yapıştırılabilir, böylece daha kalın bir infiltrasyon tabakası olabilir. elde edildi.

Travers bölümü:

Bir telin kesitinin bir dikdörtgen olduğunu düşünürdük, ama aslında bir yamuktur. ÜST tabakayı örnek olarak alırsak, bakır folyonun kalınlığı 1 OZ olduğunda, yamuğun üst alt kenarı, alt alt kenardan 1MIL daha kısadır. Örneğin, çizgi genişliği 5MIL ise, üst ve alt taraflar yaklaşık 4MIL ve alt ve alt taraflar yaklaşık 5MIL’dir. Üst ve alt kenarlar arasındaki fark bakır kalınlığı ile ilgilidir. Aşağıdaki tablo, farklı koşullar altında yamuğun üstü ve altı arasındaki ilişkiyi göstermektedir.

PCB tasarımına dayalı empedans kontrolü

Geçirgenlik: Yarı kürlenmiş levhaların geçirgenliği kalınlıkla ilgilidir. Aşağıdaki tablo, farklı tipteki yarı kürlenmiş sacların kalınlık ve geçirgenlik parametrelerini göstermektedir:

PCB tasarımına dayalı empedans kontrolü

Plakanın dielektrik sabiti, kullanılan reçine malzemesi ile ilgilidir. FR4 plakasının dielektrik sabiti 4.2 – 4.7’dir ve frekansın artmasıyla azalır.

Dielektrik kayıp faktörü: ısı ve enerji tüketimi nedeniyle alternatif elektrik alanının etkisi altındaki dielektrik malzemelere dielektrik kaybı denir ve genellikle dielektrik kayıp faktörü Tan δ ile ifade edilir. S1141A için tipik değer 0.015’tir.

İşlemeyi sağlamak için minimum satır genişliği ve satır aralığı: 4mil/4mil.

Empedans hesaplama aracı tanıtımı:

Çok katmanlı kartın yapısını anladığımızda ve gerekli parametrelere hakim olduğumuzda, EDA yazılımı aracılığıyla empedansı hesaplayabiliriz. Bunu yapmak için Allegro’yu kullanabilirsiniz, ancak karakteristik empedansı hesaplamak için iyi bir araç olan ve şu anda birçok PCB fabrikası tarafından kullanılan Polar SI9000’i öneririm.

Hem diferansiyel hattının hem de tek terminal hattının iç sinyalinin karakteristik empedansını hesaplarken, telin kesit şekli gibi bazı ayrıntılar nedeniyle Polar SI9000 ve Allegro arasında yalnızca küçük bir fark bulacaksınız. Ancak Yüzey sinyalinin karakteristik empedansını hesaplamak isteniyorsa Yüzey modeli yerine Kaplamalı modeli tercih etmenizi öneririm çünkü bu tür modeller lehim direnç tabakasının varlığını hesaba katar, bu nedenle sonuçlar daha doğru olacaktır. Aşağıda, lehim direnci katmanı dikkate alınarak Polar SI9000 ile hesaplanan yüzey diferansiyel hat empedansının kısmi ekran görüntüsü verilmiştir:

Lehim direnci tabakasının kalınlığı kolayca kontrol edilemediğinden, kart üreticisi tarafından tavsiye edildiği gibi yaklaşık bir yaklaşım da kullanılabilir: Yüzey modeli hesaplamasından belirli bir değeri çıkarın. Diferansiyel empedansın eksi 8 ohm ve tek uçlu empedansın eksi 2 ohm olması önerilir.

Kablolama için diferansiyel PCB gereksinimleri

(1) Kablolama modunu, parametreleri ve empedans hesaplamasını belirleyin. Hat yönlendirme için iki tür fark modu vardır: dış katman mikro şerit çizgi farkı modu ve iç katman şerit çizgi farkı modu. Empedans, ilgili empedans hesaplama yazılımı (POLAR-SI9000 gibi) veya makul parametre ayarı yoluyla empedans hesaplama formülü ile hesaplanabilir.

(2) Paralel izometrik çizgiler. Çizgi genişliğini ve aralığını belirleyin ve rotalama sırasında hesaplanan çizgi genişliğine ve aralığına kesinlikle uyun. İki çizgi arasındaki boşluk her zaman değişmeden kalmalıdır, yani paralel kalmalıdır. Paralelliğin iki yolu vardır: biri iki çizginin aynı yan yana katmanda yürümesi, diğeri ise iki çizginin alt üst katmanda yürümesidir. Genel olarak, katmanlar arasındaki fark sinyalini kullanmaktan kaçınmaya çalışın, yani süreçte PCB’nin gerçek işlenmesinde, basamaklı lamine hizalama doğruluğu nedeniyle aşındırma hassasiyeti arasında sağlanandan çok daha düşüktür ve lamine dielektrik kaybı sürecinde, fark çizgi aralığının ara katman dielektrik kalınlığına eşit olduğunu garanti edemez, empedans değişikliği farkının katmanları arasındaki farka neden olur. Farkı mümkün olduğunca aynı katman içinde kullanmanız önerilir.