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PCB怎么控制阻抗?

點(diǎn)擊數(shù):1  發(fā)布日期:2019/10/8
  跟著 PCB 信號(hào)切換速度不斷增加,當(dāng)今的 PCB 規(guī)劃廠商需求了解和操控 PCB 跡線的阻抗。相應(yīng)于現(xiàn)代數(shù)字電路較短的信號(hào)傳輸時(shí)間和較高的時(shí)鐘速率,PCB 跡線不再是簡單的連接,而是傳輸線。
  
  在實(shí)踐狀況中,需求在數(shù)字邊沿速度高于1ns或模仿頻率超越300Mhz時(shí)操控跡線阻抗。PCB 跡線的要害參數(shù)之一是其特性阻抗(即波沿信號(hào)傳輸線路傳送時(shí)電壓與電流的比值)。印制電路板上導(dǎo)線的特性阻抗是電路板規(guī)劃的一個(gè)重要指標(biāo),特別是在高頻電 路的PCB規(guī)劃中,有必要考慮導(dǎo)線的特性阻抗和器材或信號(hào)所要求的特性阻抗是否共同,是否匹配。這就涉及到兩個(gè)概念:阻抗操控與阻抗匹配,本文要點(diǎn)評論阻抗操控和疊層規(guī)劃的問題。
  
  阻抗操控
  
  阻抗操控(eImpedance Controling),線路板中的導(dǎo)體中會(huì)有各種信號(hào)的傳遞,為進(jìn)步其傳輸速率而有必要進(jìn)步其頻率,線路自身若因蝕刻,疊層厚度,導(dǎo)線寬度等不同要素,將會(huì)形成阻抗值得變化,使其信號(hào)失真。故在高速線路板上的導(dǎo)體,其阻抗值應(yīng)操控在某一范圍之內(nèi),稱為“阻抗操控”。
  
  PCB 跡線的阻抗將由其感應(yīng)和電容性電感、電阻和電導(dǎo)系數(shù)確認(rèn)。影響PCB走線的阻抗的要素主要有: 銅線的寬度、銅線的厚度、介質(zhì)的介電常數(shù)、介質(zhì)的厚度、焊盤的厚度、地線的途徑、走線周邊的走線等。PCB 阻抗的范圍是 25 至120 歐姆。
  
  在實(shí)踐狀況下,PCB 傳輸線路一般由一個(gè)導(dǎo)線跡線、一個(gè)或多個(gè)參閱層和絕緣原料組成。跡線和板層構(gòu)成了操控阻抗。PCB 將常常選用多層結(jié)構(gòu),并且操控阻抗也能夠選用各種方式來構(gòu)建?墒,不管運(yùn)用什么方式,阻抗值都將由其物理結(jié)構(gòu)和絕緣材料的電子特性決議:
  
  信號(hào)跡線的寬度和厚度
  
  跡線兩側(cè)的內(nèi)核或預(yù)填原料的高度
  
  跡線和板層的配置
  
  內(nèi)核和預(yù)填原料的絕緣常數(shù)
  
  PCB傳輸線主要有兩種形式:微帶線(Microstrip)與帶狀線(Stripline)。
  
  微帶線(Microstrip):
  
  微帶線是一根帶狀導(dǎo)線,指只有一邊存在參閱平面的傳輸線,頂部和側(cè)邊都曝置于空氣中(也可上敷涂覆層),坐落絕緣常數(shù) Er 線路板的表面之上,以電源或接地層為參閱。如下圖所示:
  
  注意:在實(shí)踐的PCB制造中,板廠一般會(huì)在PCB板的表面涂覆一層綠油,因此在實(shí)踐的阻抗核算中,一般關(guān)于表面微帶線選用下圖所示的模型進(jìn)行核算:
  
  帶狀線(Stripline):
  
  帶狀線是置于兩個(gè)參閱平面之間的帶狀導(dǎo)線,如下圖所示,H1和H2代表的電介質(zhì)的介電常數(shù)能夠不同。
  
  上述兩個(gè)例子只是微帶線和帶狀線的一個(gè)典型示范,具體的微帶線和帶狀線有很多種,如覆膜微帶線等,都是跟具體的PCB的疊層結(jié)構(gòu)相關(guān)。
  
  用于核算特性阻抗的等式需求雜亂的數(shù)學(xué)核算,一般運(yùn)用場求解辦法,其中包含鴻溝元素剖析在內(nèi),因此運(yùn)用專門的阻抗核算軟件SI9000,我們所需做的便是操控特性阻抗的參數(shù):
  
  絕緣層的介電常數(shù)Er、走線寬度W1、W2(梯形)、走線厚度T和絕緣層厚度H。
  
  關(guān)于W1、W2的說明:
  
  核算值有必要在紅框范圍內(nèi)。其他狀況類推。
  
  下面運(yùn)用SI9000核算是否到達(dá)阻抗操控的要求:
  
  首先核算DDR數(shù)據(jù)線的單端阻抗操控:
  
  TOP層:銅厚為0.5OZ,走線寬度為5MIL,距參閱平面的間隔為3.8MIL,介電常數(shù)為4.2。挑選模型,代入?yún)?shù),挑選lossless calculation,如圖所示:
  
  coating表明涂覆層,如果沒有涂覆層,就在thickness 中填0,dielectric(介電常數(shù))填1(空氣)。
  
  substrate表明基板層,即電介質(zhì)層,一般選用FR-4,厚度是通過阻抗核算軟件核算得到,介電常數(shù)為4.2(頻率小于1GHz時(shí))。
  
  點(diǎn)擊Weight(oz)項(xiàng),能夠設(shè)定鋪銅的銅厚,銅厚決議了走線的厚度。
  
  9、絕緣層的Prepreg/Core的概念:
  
  PP(prepreg)是種介質(zhì)材料,由玻璃纖維和環(huán)氧樹脂組成,core其實(shí)也是PP類型介質(zhì),只不過他的兩面都覆有銅箔,而PP沒有,制作多層板時(shí),一般將CORE和PP合作運(yùn)用,CORE與CORE之間用PP粘合。
  
  10、PCB疊層規(guī)劃中的注意事項(xiàng):
  
  (1)、翹曲問題
  
  PCB的疊層規(guī)劃要堅(jiān)持對稱,即各層的介質(zhì)層厚、鋪銅厚度上下對稱,拿六層板來說,便是TOP-GND與BOTTOM-POWER的介質(zhì)厚度和銅厚共同,GND-L2與L3-POWER的介質(zhì)厚度和銅厚共同。這樣在層壓的時(shí)分不會(huì)出現(xiàn)翹曲。
  
  (2)、信號(hào)層應(yīng)該和附近的參閱平面嚴(yán)密耦合(即信號(hào)層和附近敷銅層之間的介質(zhì)厚度要很。;電源敷銅和地敷銅應(yīng)該嚴(yán)密耦合。
  
 。3)、在很高速的狀況下,能夠參加多余的地層來阻隔信號(hào)層,但建議不要多家電源層來阻隔,這樣或許形成不必要的噪聲干擾。
  
 。4)、典型的疊層規(guī)劃層分布如下表所示:
  
 。5)、層的排布一般準(zhǔn)則:
  
  元件面下面(第二層)為地平面,供給器材屏蔽層以及為頂層布線供給參閱平面;
  
  所有信號(hào)層盡或許與地平面相鄰;
  
  盡量防止兩信號(hào)層直接相鄰;
  
  主電源盡或許與其對應(yīng)地相鄰;
  
  兼顧層壓結(jié)構(gòu)對稱。
  
  關(guān)于母板的層排布,現(xiàn)有母板很難操控平行長間隔布線,關(guān)于板級作業(yè)頻率在50MHZ 以上的
  
  (50MHZ 以下的狀況可參照,適當(dāng)放寬),建議排布準(zhǔn)則:
  
  元件面、焊接面為完整的地平面(屏蔽);
  
  無相鄰平行布線層;
  
  所有信號(hào)層盡或許與地平面相鄰;
  
  要害信號(hào)與地層相鄰,不跨分割區(qū)。
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