Без контролю імпедансу буде спричинено значне відображення та спотворення сигналу, що призведе до збою конструкції. Загальні сигнали, такі як шина PCI, шина PCI-E, USB, Ethernet, пам’ять DDR, сигнал LVDS тощо, потребують контролю імпедансу. Контроль імпедансу в кінцевому підсумку необхідно реалізувати через Друкована плата дизайн, який також висуває більш високі вимоги до технології друкованих плат. Після зв’язку з фабрикою PCB і в поєднанні з використанням програмного забезпечення EDA, опір проводки контролюється відповідно до вимог цілісності сигналу.

Для отримання відповідного значення імпедансу можна розрахувати різні методи підключення.

Мікрополоскові лінії

Він складається із смужки дроту з площиною заземлення та діелектриком посередині. Якщо діелектрична проникність, ширина лінії та її відстань від площини заземлення регулюються, то її характерний опір можна контролювати, і точність буде в межах ± 5%.

Контроль імпедансу на основі конструкції друкованої плати

Смуга

Лінія стрічки – це смужка міді посередині діелектрика між двома провідними площинами. Якщо товщина і ширина лінії, діелектрична проникність середовища та відстань між площинами заземлення двох шарів регулюються, характерний опір лінії можна контролювати, а точність знаходиться в межах 10%.

Контроль імпедансу на основі конструкції друкованої плати

Структура багатошарової дошки:

Щоб добре контролювати опір друкованої плати, необхідно зрозуміти структуру друкованої плати:

Зазвичай те, що ми називаємо багатошаровою дошкою, складається з серцевини та напівтвердого листа, ламінованих між собою. Основна дошка – це тверда, специфічна товщина, дві хлібні мідні пластини, які є основним матеріалом друкованої дошки. А напівтверділий шматок становить так званий інфільтраційний шар, відіграє роль скріплення серцевинної пластини, хоча є певна початкова товщина, але в процесі пресування її товщина відбудеться деякими змінами.

Зазвичай два зовнішніх шари діелектрика багатошарового шару є змоченими шарами, і окремі шари мідної фольги використовуються на зовнішній стороні цих двох шарів як зовнішня мідна фольга. Початкова специфікація товщини зовнішньої мідної фольги та внутрішньої мідної фольги, як правило, становить 0.5 унції, 1 унцій, 2 унцій (1 унція становить приблизно 35 мкм або 1.4 міліметра), але після серії обробки поверхні остаточна товщина зовнішньої мідної фольги зазвичай збільшиться приблизно на 1 унц. Внутрішня мідна фольга являє собою мідне покриття з обох сторін пластини сердечника. Кінцева товщина мало відрізняється від початкової товщини, але вона зазвичай зменшується на кілька мкм через травлення.

Зовнішній шар багатошарової дошки – це шар опору зварюванню, який ми часто називаємо «зелене масло», звичайно, він також може бути жовтого або інших кольорів. Товщину шару опору припою, як правило, нелегко визначити точно. Ділянка без мідної фольги на поверхні дещо товща, ніж область з мідною фольгою, але через відсутність товщини мідної фольги, тому мідна фольга все ще залишається більш помітною, коли ми торкаємося пальцем поверхні друкованої дошки.

Коли виготовляється певна товщина друкованої дошки, з одного боку, потрібен розумний вибір параметрів матеріалу, з іншого боку, кінцева товщина напівтвердого листа буде меншою за початкову товщину. Нижче наведено типову 6-шарову ламіновану структуру:

Контроль імпедансу на основі конструкції друкованої плати

Параметри друкованої плати:

Різні установки для друкованої плати мають незначні відмінності в параметрах друкованої плати. Через зв’язок з технічною підтримкою заводу монтажних плат ми отримали деякі параметри параметрів заводу:

Поверхнева мідна фольга:

Мідну фольгу можна використовувати три товщини: 12um, 18um і 35um. Остаточна товщина після оздоблення становить приблизно 44 мкм, 50 мкм та 67 мкм.

Основна пластина: S1141A, стандарт FR-4, зазвичай використовуються дві паніровані мідні пластини. Необхідні технічні характеристики можна визначити, звернувшись до виробника.

Напівтвердіючі таблетки:

Технічні характеристики (початкова товщина) – 7628 (0.185 мм), 2116 (0.105 мм), 1080 (0.075 мм), 3313 (0.095 мм). Фактична товщина після пресування зазвичай приблизно на 10-15 мкм менше початкового значення. Для одного просочувального шару можна використовувати максимум 3 напівтверділі таблетки, а товщина 3 напівтверділих таблеток не може бути однаковою, можна використовувати принаймні одну напівтверділі таблетки, але деякі виробники повинні використовувати принаймні дві . Якщо товщина напівтвердого шматка недостатня, мідну фольгу з обох сторін пластини сердечника можна протравити, а потім напівтверділий шматок можна склеїти з обох сторін, щоб можна було отримати більш товстий шар інфільтрату досягнуто.

Поперечний розріз:

Ми могли б подумати, що перетин дроту – це прямокутник, але насправді це трапеція. Взявши для прикладу верхній шар, коли товщина мідної фольги становить 1 унц., Верхній нижній край трапеції на 1 міліметра коротший за нижній нижній край. Наприклад, якщо ширина лінії 5MIL, то верхня та нижня сторони становлять приблизно 4MIL, а нижня та нижня сторони – приблизно 5MIL. Різниця між верхнім і нижнім краєм пов’язана з товщиною міді. У наступній таблиці показано співвідношення між верхом і низом трапеції за різних умов.

Контроль імпедансу на основі конструкції друкованої плати

Діелектрична проникність: Діелектрична проникність напівтвердих листів залежить від товщини. У наступній таблиці наведені параметри товщини та проникності різних типів напівтвердих листів:

Контроль імпедансу на основі конструкції друкованої плати

Діелектрична проникність пластини пов’язана з використовуваним матеріалом смоли. Діелектрична проникність пластини FR4 становить 4.2 – 4.7 і зменшується зі збільшенням частоти.

Коефіцієнт діелектричних втрат: діелектричні матеріали під дією змінного електричного поля через споживання тепла та енергії називаються діелектричними втратами, зазвичай вираженими коефіцієнтом діелектричних втрат Tan δ. Типове значення для S1141A становить 0.015.

Мінімальна ширина лінії та міжрядковий інтервал для забезпечення обробки: 4мл/4мл.

Вступ до інструменту розрахунку опору:

Коли ми розуміємо структуру багатошарової плати та освоюємо необхідні параметри, ми можемо розрахувати опір за допомогою програмного забезпечення EDA. Ви можете використовувати Allegro для цього, але я рекомендую Polar SI9000, який є хорошим інструментом для розрахунку характеристичного опору і зараз використовується багатьма фабриками друкованих плат.

При обчисленні характерного опору внутрішнього сигналу як диференціальної лінії, так і однієї клемної лінії ви виявите лише невелику різницю між Polar SI9000 та Allegro через деякі деталі, наприклад, форму перетину дроту. Однак, якщо потрібно розрахувати характеристичний опір сигналу Surface, я пропоную вам вибрати модель з покриттям замість моделі Surface, оскільки такі моделі враховують наявність шару опору припою, тому результати будуть більш точними. Нижче наведено частковий скріншот поверхневого диференціального опору лінії, розрахований за допомогою Polar SI9000 з урахуванням шару опору припою:

Оскільки товщину шару опору припою нелегко контролювати, також можна використовувати приблизний підхід, як рекомендує виробник плати: відняти конкретне значення з розрахунку моделі Surface. Рекомендується, щоб диференціальний опір був мінус 8 Ом, а опір одного кінця-мінус 2 Ом.

Диференціальні вимоги до друкованої плати для електропроводки

(1) Визначте режим електропроводки, параметри та розрахунок імпедансу. Існує два види режимів різниці для маршрутизації лінії: режим різниці ліній мікрополоскового зовнішнього шару та режим різниці ліній смуги внутрішнього шару. Імпеданс можна розрахувати за допомогою відповідного програмного забезпечення для розрахунку імпедансу (наприклад, POLAR-SI9000) або формули розрахунку імпедансу за допомогою розумного налаштування параметрів.

(2) Паралельні ізометричні лінії. Визначте ширину лінії та відстань між ними та чітко дотримуйтесь розрахованої ширини лінії та інтервалу під час маршрутизації. Відстань між двома лініями завжди має залишатися незмінним, тобто зберігати паралель. Існує два шляхи паралелізму: один полягає в тому, що дві лінії ходять в одному шарі поряд, а інший у тому, що дві лінії ходять у надподшаровому шарі. Взагалі намагайтеся уникати використання різницевого сигналу між шарами, а саме тому, що при фактичній обробці друкованої плати в процесі, завдяки каскадному ламінуванню, точність вирівнювання значно нижча, ніж передбачена між точністю травлення, та в процесі ламінованих діелектричних втрат, не може гарантувати різницю міжрядкових інтервалів, рівну товщині міжшарового діелектрика, викличе різницю між шарами різниці зміни імпедансу. Рекомендується максимально використовувати різницю в межах одного шару.