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PCB阻抗控制

來源:keyou  發布時間:2019-05-23   點擊量:198

常見的信號,如PCI總線、PCI-E總線、USB、以太網、DDR內存、LVDS信號等,均需要進行阻抗控制。阻抗控制最終需要通過PCB設計實現,對PCB板工藝也提出更高要求,經過與PCB廠的溝通,并結合EDA軟件的使用,按照信號完整性要求去控制走線的阻抗。沒有阻抗控制的話,將引發相當大的信號反射和信號失真,導致設計失敗。

   不同的走線方式都是可以通過計算得到對應的阻抗值。

   1、微帶線(microstrip line)

   它由一根帶狀導線與地平面構成,中間是電介質。如果電介質的介電常數、線的寬度、及其與地平面的距離是可控的,則它的特性阻抗也是可控的,其精確度將在±5%之內。

   2、帶狀線(stripline)

   帶狀線就是一條置于兩層導電平面之間的電介質中間的銅帶。如果線的厚度和寬度,介質的介電常數,以及兩層接地平面的距離都是可控的,則線的特性阻抗也是可控的,且精度在10%之內。


                         PCB阻抗控制


   3、PCB的參數

   不同的印制板廠,PCB的參數會有細微的差異,通過與電路板廠技術支持的溝通,得到該廠的一些參數數據:

   表層銅箔:可以使用的表層銅箔材料厚度有三種:12um、18um和35um。加工完成后的最終厚度大約是44um、50um和67um。

   芯板:我們常用的板材是S1141A,標準的FR-4,兩面包銅,可選用的規格可與廠家聯系確定。

   4、多層板的結構

   為了很好地對PCB進行阻抗控制,首先要了解PCB的結構:通常我們所說的多層板是由芯板和半固化片互相層疊壓合而成的,芯板是一種硬質的、有特定厚度的、兩面包銅的板材,是構成印制板的基礎材料。而半固化片構成所謂的浸潤層,起到粘合芯板的作用,雖然也有一定的初始厚度,但是在壓制過程中其厚度會發生一些變化。

   通常多層板最外面的兩個介質層都是浸潤層,在這兩層的外面使用單獨的銅箔層作為外層銅箔。外層銅箔和內層銅箔的原始厚度規格,一般有0.5OZ、1OZ、2OZ(1OZ約為35um或1.4mil)三種,但經過一系列表面處理后,外層銅箔的最終厚度一般會增加將近1OZ左右。內層銅箔即為芯板兩面的包銅,其最終厚度與原始厚度相差很小,但由于蝕刻的原因,一般會減少幾個um。

   當制作某一特定厚度的印制板時,一方面要求合理地選擇各種材料的參數,另一方面,半固化片最終成型厚度也會比初始厚度小一些。



                            PCB阻抗控制

   5、半固化片

   規格(原始厚度)有7628(0.185mm),2116(0.105mm),1080(0.075mm),3313(0.095mm ),實際壓制完成后的厚度通常會比原始值小10-15um左右。同一個浸潤層最多可以使用3個半固化片,而且3個半固化片的厚度不能都相同,最少可以只用一個半固化片,但有的廠家要求必須至少使用兩個。如果半固化片的厚度不夠,可以把芯板兩面的銅箔蝕刻掉,再在兩面用半固化片粘連,這樣可以實現較厚的浸潤層。

   阻焊層:銅箔上面的阻焊層厚度C2≈8-10um,表面無銅箔區域的阻焊層厚度C1根據表面銅厚的不同而不同,當表面銅厚為45um時C1≈13-15um,當表面銅厚為70um時C1≈17-18um。

   導線橫截面:我們會以為導線的橫截面是一個矩形,但實際上卻是一個梯形。以TOP層為例,當銅箔厚度為1OZ時,梯形的上底邊比下底邊短1MIL。比如線寬5MIL,那么其上底邊約4MIL,下底邊5MIL。上下底邊的差異和銅厚有關,下表是不同情況下梯形上下底的關系。

   介電常數:半固化片的介電常數與厚度有關

   板材的介電常數與其所用的樹脂材料有關,FR4板材其介電常數為4.2—4.7,并且隨著頻率的增加會減小。

   介質損耗因數:電介質材料在交變電場作用下,由于發熱而消耗的能量稱之謂介質損耗,通常以介質損耗因數tanδ表示。S1141A的典型值為0.015。

   能確保加工的最小線寬和線距:4mil/4mil。

   差分對走線的PCB要求

   (1)確定走線模式、參數及阻抗計算。差分對走線分外層微帶線差分模式和內層帶狀線差分模式兩種,通過合理設置參數,阻抗可利用相關阻抗計算軟件(如POLAR-SI9000)計算也可利用阻抗計算公式計算。

   (2)走平行等距線。確定走線線寬及間距,在走線時要嚴格按照計算出的線寬和間距,兩線間距要一直保持不變,也就是要保持平行。平行的方式有兩種: 一種為兩條線走在同一線層(side-by-side),另一種為兩條線走在上下相兩層(over-under)。一般盡量避免使用后者即層間差分信號, 因為在PCB板的實際加工過程中,由于層疊之間的層壓對準精度大大低于同層蝕刻精度,以及層壓過程中的介質流失,不能保證差分線的間距等于層間介質厚度, 會造成層間差分對的差分阻抗變化。困此建議盡量使用同層內的差分。

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