Nếu không có kiểm soát trở kháng, sẽ gây ra hiện tượng phản xạ và biến dạng tín hiệu đáng kể, dẫn đến lỗi thiết kế. Các tín hiệu thông thường, chẳng hạn như bus PCI, bus PCI-E, USB, Ethernet, bộ nhớ DDR, tín hiệu LVDS, v.v., tất cả đều cần kiểm soát trở kháng. Kiểm soát trở kháng cuối cùng cần được thực hiện thông qua PCB thiết kế, điều này cũng đặt ra các yêu cầu cao hơn đối với công nghệ bảng mạch PCB. Sau khi giao tiếp với nhà máy PCB và kết hợp với việc sử dụng phần mềm EDA, trở kháng của hệ thống dây được kiểm soát theo các yêu cầu về tính toàn vẹn của tín hiệu.

Các phương pháp đấu dây khác nhau có thể được tính toán để có được giá trị trở kháng tương ứng.

Dòng microstrip

Nó bao gồm một dải dây với mặt đất và chất điện môi ở giữa. Nếu hằng số điện môi, chiều rộng của đường thẳng và khoảng cách của nó với mặt phẳng có thể điều khiển được, thì trở kháng đặc trưng của nó có thể điều khiển được và độ chính xác sẽ nằm trong khoảng ± 5%.

Kiểm soát trở kháng dựa trên thiết kế PCB

Dải

Dây ruy-băng là một dải đồng ở giữa chất điện môi giữa hai mặt phẳng dẫn điện. Nếu độ dày và chiều rộng của đường thẳng, hằng số điện môi của môi trường và khoảng cách giữa các mặt phẳng nền của hai lớp có thể kiểm soát được, thì trở kháng đặc tính của đường có thể kiểm soát được và độ chính xác nằm trong khoảng 10%.

Kiểm soát trở kháng dựa trên thiết kế PCB

Cấu trúc của bảng nhiều lớp:

Để kiểm soát tốt trở kháng PCB, cần hiểu cấu trúc của PCB:

Thông thường những gì chúng ta gọi là bảng nhiều lớp được tạo thành từ tấm lõi và tấm bán rắn được ghép với nhau. Bảng lõi là một tấm đồng cứng, có độ dày cụ thể, hai bánh mì, là vật liệu cơ bản của bảng in. Còn miếng bán lưu hóa cấu tạo nên cái gọi là lớp thấm, đóng vai trò liên kết tấm lõi, tuy có độ dày ban đầu nhất định nhưng trong quá trình ép độ dày của nó sẽ xảy ra một số thay đổi.

Thông thường hai lớp điện môi ngoài cùng của đa lớp là các lớp được làm ướt, và các lớp lá đồng riêng biệt được sử dụng ở bên ngoài của hai lớp này làm lá đồng bên ngoài. Đặc điểm kỹ thuật độ dày ban đầu của lá đồng bên ngoài và lá đồng bên trong nói chung là 0.5oz, 1OZ, 2OZ (1OZ là khoảng 35um hoặc 1.4mil), nhưng sau một loạt xử lý bề mặt, độ dày cuối cùng của lá đồng bên ngoài nói chung sẽ tăng khoảng 1 OZ. Lá đồng bên trong là lớp đồng phủ trên cả hai mặt của tấm lõi. Độ dày cuối cùng khác một chút so với độ dày ban đầu, nhưng nó thường giảm đi vài um do quá trình khắc.

Lớp ngoài cùng của bảng đa lớp là lớp kháng hàn, chúng ta thường nói “dầu xanh”, tất nhiên, nó cũng có thể có màu vàng hoặc các màu khác. Độ dày của lớp điện trở hàn nói chung không dễ xác định chính xác. Khu vực không có lá đồng trên bề mặt dày hơn một chút so với khu vực có lá đồng, nhưng vì không có độ dày lá đồng, nên lá đồng vẫn nổi hơn, khi ta dùng ngón tay sờ vào bề mặt bảng in có thể cảm nhận được.

Khi thực hiện một độ dày cụ thể của ván in, một mặt, cần lựa chọn hợp lý các thông số vật liệu, mặt khác, độ dày cuối cùng của tấm bán bảo dưỡng sẽ nhỏ hơn độ dày ban đầu. Sau đây là cấu trúc nhiều lớp 6 lớp điển hình:

Kiểm soát trở kháng dựa trên thiết kế PCB

Thông số PCB:

Các nhà máy PCB khác nhau có sự khác biệt nhỏ về các thông số PCB. Thông qua liên lạc với bộ phận hỗ trợ kỹ thuật của nhà máy bảng mạch, chúng tôi đã có được một số dữ liệu thông số của nhà máy:

Lá đồng bề mặt:

Có ba độ dày của lá đồng có thể được sử dụng: 12um, 18um và 35um. Độ dày cuối cùng sau khi hoàn thiện là khoảng 44um, 50um và 67um.

Tấm lõi: S1141A, tiêu chuẩn FR-4, hai tấm đồng tẩm bột thường được sử dụng. Các thông số kỹ thuật tùy chọn có thể được xác định bằng cách liên hệ với nhà sản xuất.

Máy tính bảng bán chữa bệnh:

Thông số kỹ thuật (độ dày gốc) là 7628 (0.185mm), 2116 (0.105mm), 1080 (0.075mm), 3313 (0.095mm). Độ dày thực tế sau khi ép thường nhỏ hơn giá trị ban đầu khoảng 10-15um. Có thể sử dụng tối đa 3 viên bán đóng rắn cho cùng một lớp thấm và độ dày của 3 viên bán đóng rắn không thể giống nhau, có thể sử dụng ít nhất một viên nửa đóng rắn, nhưng một số nhà sản xuất phải sử dụng ít nhất hai viên. . Nếu độ dày của miếng bán bảo dưỡng không đủ, lá đồng trên cả hai mặt của tấm lõi có thể được ăn mòn, và sau đó miếng bán bảo dưỡng có thể được liên kết ở cả hai mặt, để có thể tạo ra lớp thấm dày hơn. đạt được.

Phần đi ngang:

Chúng ta sẽ nghĩ rằng tiết diện của một sợi dây là một hình chữ nhật, nhưng thực ra nó là một hình thang. Lấy lớp TOP làm ví dụ, khi độ dày của lá đồng là 1OZ, thì cạnh đáy trên của hình thang ngắn hơn cạnh đáy dưới là 1MIL. Ví dụ: nếu chiều rộng dòng là 5MIL, thì các cạnh trên và dưới là khoảng 4MIL và các cạnh dưới cùng và dưới cùng là khoảng 5MIL. Sự khác biệt giữa các cạnh trên và dưới có liên quan đến độ dày của đồng. Bảng sau đây cho thấy mối quan hệ giữa đỉnh và đáy của hình thang trong các điều kiện khác nhau.

Kiểm soát trở kháng dựa trên thiết kế PCB

Tính cho phép: Khả năng cho phép của các tấm bán bảo dưỡng có liên quan đến độ dày. Bảng sau đây cho thấy các thông số về độ dày và độ cho phép của các loại tấm bán bảo dưỡng khác nhau:

Kiểm soát trở kháng dựa trên thiết kế PCB

Hằng số điện môi của tấm có liên quan đến vật liệu nhựa được sử dụng. Hằng số điện môi của tấm FR4 là 4.2 – 4.7, và giảm khi tần số tăng.

Hệ số tổn hao điện môi: vật liệu điện môi dưới tác dụng của điện trường xoay chiều, do nhiệt và tiêu hao năng lượng được gọi là tổn hao điện môi, thường biểu thị bằng hệ số tổn hao điện môi Tan δ. Giá trị điển hình cho S1141A là 0.015.

Chiều rộng dòng và khoảng cách dòng tối thiểu để đảm bảo gia công: 4 triệu / 4 triệu.

Giới thiệu công cụ tính toán trở kháng:

Khi hiểu được cấu trúc của bo mạch đa lớp và nắm vững các thông số cần thiết, chúng ta có thể tính toán trở kháng thông qua phần mềm EDA. Bạn có thể sử dụng Allegro để làm điều này, nhưng tôi khuyên bạn nên dùng Polar SI9000, đây là một công cụ tốt để tính toán trở kháng đặc tính và hiện được nhiều nhà máy PCB sử dụng.

Khi tính toán trở kháng đặc trưng của tín hiệu bên trong của cả đường dây vi sai và đường dây đầu cuối đơn, bạn sẽ chỉ tìm thấy sự khác biệt nhỏ giữa Polar SI9000 và Allegro do một số chi tiết, chẳng hạn như hình dạng của tiết diện của dây. Tuy nhiên, nếu để tính toán trở kháng đặc trưng của tín hiệu Surface, tôi khuyên bạn nên chọn mô hình Coated thay vì mô hình Surface, vì những mô hình như vậy có tính đến sự tồn tại của lớp kháng hàn, do đó kết quả sẽ chính xác hơn. Sau đây là ảnh chụp màn hình một phần của trở kháng dòng vi sai bề mặt được tính bằng Polar SI9000 xem xét lớp điện trở hàn:

Vì độ dày của lớp điện trở hàn không dễ dàng kiểm soát, nên cũng có thể sử dụng cách tiếp cận gần đúng, theo khuyến nghị của nhà sản xuất bảng: trừ một giá trị cụ thể khỏi tính toán của mô hình Bề mặt. Khuyến nghị rằng trở kháng vi sai là âm 8 ôm và trở kháng một đầu là âm 2 ôm.

Yêu cầu PCB khác nhau đối với hệ thống dây điện

(1) Xác định chế độ đấu dây, các thông số và tính toán trở kháng. Có hai loại chế độ khác biệt để định tuyến đường dây: chế độ chênh lệch dòng microstrip lớp ngoài và chế độ chênh lệch đường dải lớp bên trong. Trở kháng có thể được tính toán bằng phần mềm tính toán trở kháng liên quan (chẳng hạn như POLAR-SI9000) hoặc công thức tính trở kháng thông qua cài đặt thông số hợp lý.

(2) Các đường đẳng tích song song. Xác định độ rộng và khoảng cách dòng, đồng thời tuân thủ nghiêm ngặt độ rộng và khoảng cách dòng được tính toán khi định tuyến. Khoảng cách giữa hai dòng phải luôn không thay đổi, tức là phải song song với nhau. Có hai cách song song: một là hai đường đi trong cùng một lớp cạnh nhau, và hai là hai đường đi trong lớp trên dưới. Nói chung cố gắng tránh sử dụng tín hiệu khác biệt giữa các lớp, cụ thể là vì trong quá trình xử lý thực tế của PCB trong quá trình này, do độ chính xác căn chỉnh nhiều lớp thấp hơn nhiều so với độ chính xác được cung cấp giữa độ chính xác khắc và trong quá trình mất điện môi nhiều lớp, không thể đảm bảo khoảng cách dòng chênh lệch bằng độ dày của chất điện môi xen kẽ, sẽ gây ra sự khác biệt giữa các lớp của sự khác biệt của sự thay đổi trở kháng. Bạn nên sử dụng sự khác biệt trong cùng một lớp càng nhiều càng tốt.