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PCB的阻抗设计

来源:深圳方星科技有限公司    日期:2018-11-08    浏览量:载入中...

1、阻抗的定义
  
在某一频率下,电子器件传输信号线中,相对某一参考层,其高频信号或电磁波在传播过程中所受的阻力称之为特性阻抗,它是电阻抗,电感抗,电容抗……的一个矢量总和。

   
当信号在PCB导线中传输时,若导线的长度接近信号波长的1/7 此时的导线便成为信号传输线,一般信号传输线均需做阻抗控制。PCB制作时,依客户要求决定是否需管控阻抗,若客户要求某一线宽需做阻抗控制,生产时则需管控该线宽的阻抗。

  
当信号在PCB上传输时,PCB板的特性阻抗必须与头尾元件的电子阻抗相匹配,一但阻抗值超出公差,所传出的信号能量将出现反射、散射、衰减或延误等现象,从而导致信号不完整、信号失真。

2
、计算阻抗的工具:
目前大部分人都用Polar软件: Polar Si8000Si9000等。

常用的软件阻抗模型主要有三种
1)特性阻抗,也叫单端阻抗;
2)差分阻抗,也叫差动阻抗;
3)共面阻抗,也叫共面波导阻抗,主要应用于双面板阻抗设计当中。
选择共面阻抗设计的原因是:双面板板厚决定了阻抗线距离,下面的参考面比较远,信号非常弱,必须选择距离较近的参考面,于是就产生了共面阻抗的设计。

3
、安装软件Polar Si9000,然后打开Polar Si9000软件。熟悉一下常用的几个阻抗模型:

1)下图是 外层 特性阻抗模型(也叫 单端阻抗模型):



2)下图是 外层 差分阻抗模型:


  


3)内层 差分阻抗模型常用以下三种:


  

   


下面是共面的常用模型:
4)下图是 外层 共面单端阻抗模型:
 



(5)下图是 外层 共面差分阻抗模型:

 


4、怎样来计算阻抗?
各种PP及其组合的厚度,介电常数详见PP规格表,铜厚规则按下图的要求。
 

阻焊的厚度,按10um,即0.4milW1W2的规则按上面要求;当基铜<=0.5OZ时,W2=W-0.5mil;当基铜=1OZ时,W2=W-1mil  W指原线宽。

下面讲一个12层板,板厚1.8MM的例子:


  


   
这个板信号层比较多,但是3,5层和810是对称的。左边是指阻抗线所在信号层;右边是参考层,参考层是电源层或者地层。L1是参考L2L12参考L11层。




1)首先计算外层阻抗:

  



由此可见外层单端线宽5.2mil满足50欧姆。 

在上图中:H1L1L2层介质厚度;Er1是介质的介电常数;W2是上线宽;W1是下线宽;T1是指外层成品铜厚;C1C2是绿油厚度;CEr是指绿油的介电常数;Z0是计算出来的阻抗值;Calculate是计算按钮。

在上图中:差分阻抗计算中,S1代表 差分线间距;

2)下面讲内层阻抗计算:



下面解释各个参数:
   
对应L3层阻抗,L3层阻抗线是面朝下的,故W2是在下面;  如何判断H1H2:关键是搞清楚阻抗线面朝向,对应上正确的模型(查PP规格表)。

   
一个PCB板有绿油、有PP、有铜箔,PP可以互相叠加,不同的PP对应不同的介电常数,当然厚度也不一样。

  
模型中H14milH2=7.5+0.6=8.1mil0.6milL3层铜厚。7.5mil所采用的PP是:1080+2116的组合。  
得出以下的建议:
 
由于对称结构,所以L3,5,8,10层的阻抗是一样的,同样计算。

在软件中,计算阻抗用下图的这一选项页,即 无损计算:
3)下面讲一个典型8层板阻抗:


 


注意:该数据表格 会在 下面的计算阻抗时 用到。

需要注意:计算内层阻抗时,L3L4L6所采用的区别。其中L6层阻抗计算模型是临近层参考的,与上面12层板那个一样。 
计算L3,L4层阻抗时,采用的模型是:隔层参考的其中一个,所采用是1B2A模型。 
其他阻抗与刚那个12层板一样。

现重点讲一下L3,L4层阻抗怎么计算 (所用模型如下图所示):

  


参数大小的设置,如上图所示:H1=6.5milH2=22.44+0.6+0.6=23.64mil H3=6.5mil  



按计算L4层阻抗,对应上去就很明白了。
L4
层线路面朝上,而L3个层线路面朝下面。L3 L4是对称的,计算其中一个就好啦。
L3
L4层均是参考25层。

另外,设计阻抗线时需注意以下事项:
a)差分线间距尽量保持一致 (平行且等距)
b)注意:阻抗线屏蔽层的完整性;
c)结构需注意:相邻信号层间介质厚度尽量要大一些,并避免平行走线;
dGNDPower层之间尽量靠近;
e)设计阻抗线宽时,单端阻抗线 差分阻抗的线宽要区分开,分三个数,不同的线宽度就好了。例如:5.1MIL4.9MIL5.0 
   
这一点很重要,很多客户在同一层设计阻抗,单端50欧姆,差分100欧姆,90欧姆所采用的线宽均为5MIL,这是不可取的。板厂CAM工程师在CAM软件中是通过查找线宽D码来找到阻抗线位置的,如果都是5mil,很难区分,必须提供图片说明,非常麻烦。

截图说明阻抗线位置也是一种方法,此方法老套,不可取。


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