PCB阻抗控制

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pcb常用的专业术语

pcb常用的专业术语

pcb常用的专业术语PCB常用的专业术语PCB,即印刷电路板,是电子产品中不可或缺的一部分。

在PCB制造过程中,有许多专业术语需要了解。

本文将从材料、工艺、设计等方面介绍PCB常用的专业术语。

一、材料1.基板(Substrate)基板是指印刷电路板上的主体部分,通常由玻璃纤维和树脂复合材料构成。

基板的质量直接影响着整个PCB的性能。

2.铜箔(Copper Foil)铜箔是印刷电路板上最重要的导电层材料,其厚度通常为18um至105um之间。

铜箔的质量和厚度对于PCB的导电性能和可靠性有着重要影响。

3.覆铜板(Copper Clad Board)覆铜板是指在基板表面涂覆一层铜箔而成,通常有单面、双面和多层三种形式。

不同类型的覆铜板适用于不同种类的电路设计需求。

4.阻焊(Solder Mask)阻焊是一种涂在印刷电路板上以保护未焊接区域免受污染和短路的材料。

阻焊通常为绿色、红色或蓝色,具有良好的耐高温性和化学稳定性。

5.沉金(ENIG)沉金是一种表面处理技术,可以在印刷电路板上形成一层金属保护层,提高PCB的可靠性和耐腐蚀性。

沉金通常用于高端PCB产品中。

二、工艺1.蚀刻(Etching)蚀刻是印刷电路板制造中最重要的工艺之一,其目的是去除不需要的铜箔以形成电路图案。

蚀刻过程需要使用化学溶液和光敏树脂等材料。

2.钻孔(Drilling)钻孔是指在印刷电路板上钻洞以安装元器件或连接不同层之间的导线。

钻孔需要使用高速钻头和自动化设备完成。

3.压合(Lamination)压合是指将多个覆铜板通过热压技术粘合在一起形成多层PCB结构。

压合过程需要控制温度、压力和时间等参数,确保PCB质量符合要求。

4.喷锡(Soldering)喷锡是一种表面处理技术,可以在印刷电路板上形成一层锡保护层,提高PCB的可靠性和耐腐蚀性。

喷锡通常用于中端PCB产品中。

5.贴片(SMT)贴片是指将元器件直接安装在印刷电路板上的一种技术。

PCB生产流程-阻抗控制1

PCB生产流程-阻抗控制1
流程控制概述
工序 控制要点 控制要求/方法 1.依照客户资料和生产制程能力指示设计制板结构、物料类型、阻抗 线宽等 新项目审查 新项目设计 资料评审 2. 根据以上设计资料使用POLAR软件进行模拟测试阻抗 示意图
3.跟进首板测量结果进行阻抗线宽补偿(附设计规范摘要) 1.用百倍镜测量MI要求在板面中的指定位置(即板面中线路密集处、 独立线及阻抗位置),且线宽测量时测量线底,线距为两线底间距。 线宽/ 线隙测量 2.对于阻抗模块线宽和线距测量左、中、右三个点并做记录; 对于单元内阻抗线、MI指定位置的线则测量板四个角及中间五个点的 线宽和线距并记录其最大值、最小值。 3.若生产中发现线宽、线隙、阻抗处于MI控制要求范围的上限或下限 时,需重新调整蚀刻速度,并重测线宽、线距及阻抗。
1. 线宽/ 线隙测介质层厚度
切片测量
0
流程控制概述
工序 控制要点 控制要求/方法 1.线宽测量:从MI中核对制板阻抗线宽要求,蚀刻后用100X 或200X镜 测量指定位置的线宽/线隙,按五点法测试,记录最大值和最小值,评 判标准以MI要求,线宽以线底为准(除客户有特别要求),按RF线2% 抽查。 2.蚀刻后所有有阻抗要求的制板须用阻抗机测量模块,先从MI中核对 制板蚀刻后阻抗控制要求,按1%抽查。 1.使用阻抗测试机量测模块 白字高温后 阻抗模块抽测 2.IPQC按每LOT抽2%进行模块测试 1.使用阻抗测试机量测模块 2.QTA&样板全测模块 Outgoing QA 阻抗模块抽测 3.首次批量生产板抽测10PCS 4.其他生产板按照客户要求抽测监控 示意图

PCB阻抗控制

PCB阻抗控制

PCB阻抗PCB阻抗控制,在PCB设计中经常遇到阻抗计算,但是我不明白阻抗计算是计算整板PCB的阻抗还是几个部分的阻抗PCB阻抗,在PCB设计中经常遇到阻抗计算,但是我不明白阻抗计算是计算整板PCB的阻抗还是几个部分的阻抗:如我有差分阻抗,单线阻抗。

那到底该采用哪些数值呢?可能几个部分的阻抗都不一样在同一PCB板上?这样的话该计算哪个阻抗来作为PCB的阻抗呢!完整性最佳。

是不是每个地方阻抗不一样,我得告诉PCB厂商,这个地方阻抗做多少,哪个地方阻抗做多少啊,比如:USB2.0差分做成90欧姆,DDR与DSP连接线做成多少欧姆,和时钟线做成多少欧姆等等啊?这样的话是不是要详细说明多处的阻抗要求。

关键布线部分是要给出详细的设计要求的,设计时的阻抗大小,是通过仿真软件,使信号完整性达到最好状态下,得到的。

根据仿真结果,可以得到该信号线的线长,线宽,线间距,在那层布线,串接多大的匹配电阻等要求,然后仿真设计人员将此仿真结果交给PCB LAUOUT设计人员,PCB LAUOUT设计人员会根据此要求进行PCB布线设计,设计完毕后的PCB文件生成为GERBER文件,送给PCB制造厂商即可制造出相应的PCB。

1.阻抗控制是控制信号线的阻抗,不是整板PCB的阻抗2.差分阻抗是两条差分信号的阻抗,单线阻抗是单一信号的阻抗。

如USB 2.0要做差分90欧姆,射频信号线一般做单线50欧姆等等。

哪些线要做阻抗控制,控制为多少,一般每个硬件平台都有自己的要求。

3.没有PCB阻抗这种说法,只有信号的阻抗。

电路设计中,差分信号的两条差分线能不能交换顺序?题目说的有些笼统,主要是想知道哪些是可以交换的,为什么,哪些是不可以交换的,又是为什么?还有差分线之间跨加100ohm或12 0ohm的电阻的作用是什么,是阻抗匹配还是将电流转换为电压?各位大牛,ths了会变小。

差分信号实际传输是电压还是电流,什么差分信号,说的通俗一点,差分信号时属于数字信号吗进一步看是以电压为的标准的能量信号,若内阻小,就可以带多个负载(电流大)。

PCB的阻抗控制要点

PCB的阻抗控制要点

PCB的阻抗控制要点PCB布线中,阻抗控制是一个十分重要的问题。

在高速信号传输过程中,如果不控制好阻抗,将会导致信号反射、降低信号质量以及信号干扰,严重影响系统的性能。

因此,本文将介绍PCB布线中阻抗控制的要点。

什么是阻抗?阻抗是电路元件在交流电路中所表现出来的总阻力,它和电阻是不同的。

电阻是指电子通过一个导体时所需消耗的能量,而阻抗则是指电子在交流电路中产生的总消耗,包括电阻和电容的影响。

通常情况下,阻抗的性质决定了信号在传输线上的反射系数和传输特性。

因此,在高速布线中必须进行阻抗匹配来获得最佳的传输性能。

PCB阻抗控制要点PCB设计流程中的阻抗控制PCB板的阻抗由两个方面的因素影响:底层金属的尺寸和层和板材的介电常数。

因此,在PCB设计流程中,可以采用以下方法来控制阻抗。

•使用可控阻抗线(CPW)或微带线(MIL)进行布线:这两种线的阻抗可以通过线的宽度和间隙以及与参考层的距离等参数进行调节,以实现所需的阻抗特性。

•选择合适的板材和层数:通过选择合适的板材和层数,可以获得所需的介电常数,从而实现所需的阻抗特性。

如FR-4是一种常用的PCB板材,它的介电常数为4.2,因此它不适合高速布线。

而高介电常数板材可以更好地匹配高阻抗线。

•合理安排PCB布局:通过合理安排PCB布局,可以最大程度地减少信号的反射和串扰。

例如,通过避免布置信号线与边缘相邻,可以减少边缘效应的影响。

阻抗匹配方法阻抗匹配可以通过以下两种方法来实现。

•直接阻抗匹配:将阻抗为Z1的传输线直接连接到阻抗为Z2的电网上,可以采用电容、电感和输变比等方式来实现。

•变压器法:将阻抗为Z1的传输线和阻抗为Z2的电网之间加上一个变压器,变压器的变比可以根据阻抗比值确定。

在布线高频时,变压器法是最常用的阻抗匹配方式。

阻抗检查与测试在PCB设计中,阻抗控制成功与否需要进行阻抗检查和测试。

阻抗检查可以通过仿真软件进行,仿真结果应符合设计要求。

阻抗测试可以通过使用专业的测试设备进行,例如网络分析仪(Network Analyzer)。

PCB板阻抗控制

PCB板阻抗控制

PCB板阻抗控制 近年来,随着IC集成度的提⾼和应⽤,其信号传输频率和速度越来越⾼,因⽽在印制板导线中,信号传输(发射)⾼到某⼀定值后,便会受到印制板导线本⾝的影响,从⽽导致传输信号的严重失真或完全丧失。

这表明,PCB导线所“流通”的“东西”并不是电流,⽽是⽅波讯号或脉冲在能量上的传输。

上述此种“讯号”传输时所受到的阻⼒,也称为“阻抗”,代表符号为Z0。

所以,PCB导线上单解决“通”、“断”和“短路”的问题还不够,还要控制导线的阻抗问题。

((⼀)) 何谓阻抗? 阻抗是⽤来评估电⼦元件特性的⼀个参数。

阻抗的定义是元件在既定频率下对交流电的总对抗作⽤。

((⼆)) 为何要阻抗控制? 因为PCB传输线中的特性阻抗值必须匹配Driver与Reciver的电⼦阻抗,否则会造成讯号能量的反射、衰减,以及讯号到达时间之延误,严重时⽆法判独及开机。

电路板线路中的讯号传播时,影响其“特性阻抗”的因素有线路的截⾯积,线路与接地层之间绝缘材质的厚度,以及其介质常数等叁项。

影响阻抗最多部分为:1、线宽,2、pp 厚度,3、介电值(FR-4 =4.3)其次是防焊厚度,侧蚀,铜厚.等等这些会改变磁⼒线分布,进⽽改变组抗之变数,先了解组抗公差值要求,再反推製程最⼤公差值,以软体计算是否可达成。

PCB 製程管制重点为⽤对材料/线径公差10%以内/压后层间厚度準确10%以内,即可达到设计要求。

((三)) 何谓Er值? 通常介质常数或称相对电容率既是每单位体积的绝缘物质在每⼀单位之电位梯度下所能储存的静电能量。

介质常数⾼则信号传输不少被储存在板材中⽽造成信号不佳及传播速率减慢。

⼀般对于信号品质要求⾼者会限⽤PTF((铁弗龙))就是因为其Er=2..5。

(四) ⼀般阻抗分3类: 1. 特性阻抗(impedance)。

如客户针对4层板,外层线宽进⾏阻抗之控制,其计算外层线宽阻抗软件模式如下。

 其阻抗条之设计如下: 如客户针对6层板,其1,3,4,6层为⾛线层,皆须进⾏阻抗线宽之控制,注意内层L3&L4之阻抗线宽需措开不可重叠,避免影响阻抗值之测试,其计算内层线宽阻抗软件模式如下。

PCB设计之阻抗控制的走线细节举例

PCB设计之阻抗控制的走线细节举例

PCB设计之阻抗控制的走线细节举例1.走线的宽度和间距:走线的宽度和间距会直接影响走线的阻抗。

通常情况下,走线的宽度越宽,阻抗越低。

为了控制阻抗,可以在设计软件中使用特定的规则来指定走线的宽度和间距。

例如,对于常见的50欧姆的阻抗控制要求,可以将规则设置为适当的走线宽度和间距。

2.层数的选择:在高速信号传输中,层数的选择也会影响阻抗。

较高的层数可提供更多的走线空间,有助于降低阻抗。

因此,为了阻抗控制,可以选择适当的层数。

在多层PCB设计中,内层走线的间距和宽度也需要综合考虑,以保持阻抗的一致性。

3.地平面的设计:在PCB设计中,地平面的设计是控制阻抗的关键。

地平面应尽可能地平整,并且与走线保持一定的距离。

这样可以减少地平面与走线之间的互电容和互电感,从而提高阻抗的一致性。

为了实现这一点,可以在地平面上设置一些小孔,用于连接不同地层,从而提高地层的连贯性。

4.走线的形状和拐角:走线的形状和拐角也会影响阻抗。

通常情况下,直线和圆弧形的走线对阻抗控制较好,而直角拐弯较差。

在需要进行90度拐角的情况下,可以使用斜角拐弯来减小阻抗的变化。

此外,走线的形状和转角也会对电磁兼容性(EMC)产生影响,在设计时需要综合考虑。

5.信号层和电源/地层的分离:为了阻抗控制,信号层和电源/地层应尽可能地分离。

这样可以减少信号层与电源/地层之间的互电容和互电感,从而提高阻抗的一致性。

在多层PCB设计中,可以选择在信号层之间插入电源/地层,建立一个电源平面或地平面来提供均匀的分布。

6.终端匹配:终端匹配是一种常用的阻抗控制技术。

通过在信号线的起始和终止位置添加合适的电阻、电容等元件,可以达到匹配信号线的阻抗。

例如,可以在信号线的终止位置添加电阻,以匹配信号线和负载之间的阻抗。

终端匹配可以在设计中通过网络分析软件来实现。

综上所述,PCB设计中的走线细节对于阻抗控制至关重要。

通过选择适当的走线宽度和间距、层数、设计合理的地平面、走线的形状和拐角以及合理的终端匹配,可以实现阻抗的一致性,提高信号传输的质量和稳定性。

PCB阻抗控制

PCB阻抗控制

PCB阻抗控制一、双层板阻抗控制1.总厚度:0.4mm2.3.总厚度:0.4mm。

4.差分线宽7.5mil,间距6mil,阻抗值100欧姆。

5.6.总厚度:0.8~0.9mm7.8.总厚度:35.3*0.0254=0.8~0.9mm。

9.单端线55mil,阻抗值50欧姆。

10.11.总厚度:1.6mm12.13.总厚度:1.6mm。

14.微带线125mil线款, 阻抗值50欧姆。

15.16.总厚度:1.6mm17.18.总厚度:23.2*0.0254=1.6mm。

19.单端线100mil,阻抗值50欧姆。

20.21.总厚度:1.5mm22.23.总厚度:1.5mm。

24.差分线11mil,间距6mil,阻抗值100欧姆。

25.26.总厚度:2.0mm27.28.总厚度:80.5*0.0254=2.0mm。

29.单端线128mil,阻抗值50欧姆;差分线线宽14mil间距8mil,阻抗值100欧姆。

二、四层板阻抗控制1.总厚度:0.6mm2.3.说明:L2、L3为信号层,L2层目标控制线周围,及对应的L3位置都铺地!4.L1、L4为大面积铺地层。

5.总厚度:24.4*0.0254=0.6mm。

6.单端线5mil,阻抗值47.5欧姆;D=20MIL。

7.8.总厚度:0.7mm9.10.总厚度:27*0.0254=0.7mm11.共面波导线宽6.8mil,间距s=10.6,阻抗值50欧姆。

12.13.总厚度:1.4mm14.15.板厚: 1.4mm。

16.顶层和底层(共面波导模型):30MIL 线宽,间隙s=18mil,阻抗值50欧姆。

17.18.总厚度:1.6mm19.20.板厚:62*0.0254=1.6mm。

21.顶层和底层:22.单端线宽5.3mil,阻抗值65欧姆;23.单端线宽34mil,阻抗值20欧姆;24.差分线宽7mil间距10mil,阻抗100欧姆。

25.总厚度:2.1mm26.本结构对应1到2层有盲孔;1到3层有盲孔。

PCB差分走线的阻抗控制技术(一)

PCB差分走线的阻抗控制技术(一)

PCB差分⾛线的阻抗控制技术(⼀)⼀、引⾔为了提⾼传输速率和传输距离,计算机⾏业和通信⾏业越来越多的采⽤⾼速串⾏总线。

在芯⽚之间、板卡之间、背板和业务板之间实现⾼速互联。

这些⾼速串⾏总线的速率从以往USB2.0、LVDS以及FireWire1394的⼏百Mbps到今天的PCI-Express G1/G2、SATA G1/G2 、XAUI/2XAUI、XFI的⼏个Gbps乃⾄10Gbps。

计算机以及通信⾏业的PCB客户对差分⾛线的阻抗控制要求越来越⾼。

这使PCB⽣产商以及⾼速PCB设计⼈员所⾯临的前所未有的挑战。

本⽂结合PCB⾏业公认的测试标准IPCTM-650⼿册,重点讨论真差分TDR测试⽅法的原理以及特点。

⼆、IPC-TM-650⼿册以及PCB特征阻抗测试背景IPC-TM-650测试⼿册是⼀套⾮常全⾯的PCB⾏业测试规范,从PCB的机械特性、化学特性、物理特性、电⽓特性、环境特性等各⽅⾯给出了⾮常详尽的测试⽅法以及测试要求。

其中PCB板电⽓特性要求在第2.5节中描述,⽽其中的2.5.5.7a,则全⾯的介绍了PCB特征阻抗测试⽅法和对相应的测试仪器要求,重点包括单端⾛线和差分⾛线的阻抗测试。

三、TDR的基本原理及IPC-TM-650对TDR设备的基本要求3.1 TDR的基本原理图1是⼀个阶跃信号在传输线(如PCB的⾛线)上传输时的⽰意图。

⽽传输线是通过电介质与GND分隔的,就像⽆数个微⼩的电容的并联。

电信号到达某个位置时,就会令该位置上的电压产⽣变化,就像是给电容充电。

因此,传输线在此位置上是有对地的电流回路的,因此就有阻抗的存在。

但是该阻抗只有阶跃信号⾃⾝才能“感觉到”,这就是我们所说的特征阻抗。

当传输线上出现阻抗不连续的现象时,在阻抗变化的地⽅阶跃信号就会产⽣反射的现象,如果将反射信号进⾏取样并显⽰在⽰波器的屏幕上,就会得出如图2所⽰的波形,从波形中我们可以看出⼀条被测试的传输线在不同位置上的阻抗变化。

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PCB阻抗控制随着 PCB 信号切换速度不断增长,当今的 PCB 设计厂商需要理解和控制 PCB 迹线的阻抗。

相应于现代数字电路较短的信号传输时间和较高的时钟速率,PCB 迹线不再是简单的连接,而是传输线。

在实际情况中,需要在数字边际速度高于1ns或模拟频率超过300Mhz时控制迹线阻抗。

PCB 迹线的关键参数之一是其特性阻抗(即波沿信号传输线路传送时电压与电流的比值)。

印制电路板上导线的特性阻抗是电路板设计的一个重要指标,特别是在高频电路的PCB设计中,必须考虑导线的特性阻抗和器件或信号所要求的特性阻抗是否一致,是否匹配。

这就涉及到两个概念:阻抗控制与阻抗匹配,本文重点讨论阻抗控制和叠层设计的问题。

阻抗控制阻抗控制(eImpedance Controling),线路板中的导体中会有各种信号的传递,为提高其传输速率而必须提高其频率,线路本身若因蚀刻,叠层厚度,导线宽度等不同因素,将会造成阻抗值得变化,使其信号失真。

故在高速线路板上的导体,其阻抗值应控制在某一范围之内,称为“阻抗控制”。

PCB 迹线的阻抗将由其感应和电容性电感、电阻和电导系数确定。

影响PCB走线的阻抗的因素主要有: 铜线的宽度、铜线的厚度、介质的介电常数、介质的厚度、焊盘的厚度、地线的路径、走线周边的走线等。

PCB 阻抗的范围是 25 至120 欧姆。

在实际情况下,PCB 传输线路通常由一个导线迹线、一个或多个参考层和绝缘材质组成。

迹线和板层构成了控制阻抗。

PCB 将常常采用多层结构,并且控制阻抗也可以采用各种方式来构建。

但是,无论使用什么方式,阻抗值都将由其物理结构和绝缘材料的电子特性决定:•信号迹线的宽度和厚度••迹线两侧的内核或预填材质的高度••迹线和板层的配置••内核和预填材质的绝缘常数•PCB传输线主要有两种形式:微带线(Microstrip)与带状线(Stripline)。

微带线(Microstrip):微带线是一根带状导线,指只有一边存在参考平面的传输线,顶部和侧边都曝置于空气中(也可上敷涂覆层),位于绝缘常数 Er 线路板的表面之上,以电源或接地层为参考。

如下图所示:注意:在实际的PCB制造中,板厂通常会在PCB板的表面涂覆一层绿油,因此在实际的阻抗计算中,通常对于表面微带线采用下图所示的模型进行计算:带状线(Stripline):带状线是置于两个参考平面之间的带状导线,如下图所示,H1和H2代表的电介质的介电常数可以不同。

上述两个例子只是微带线和带状线的一个典型示范,具体的微带线和带状线有很多种,如覆膜微带线等,都是跟具体的PCB的叠层结构相关。

用于计算特性阻抗的等式需要复杂的数学计算,通常使用场求解方法,其中包括边界元素分析在内,因此使用专门的阻抗计算软件SI9000,我们所需做的就是控制特性阻抗的参数:绝缘层的介电常数Er、走线宽度W1、W2(梯形)、走线厚度T和绝缘层厚度H。

对于W1、W2的说明:此处的W=W1,W1=W2.规则:W1=W-AW—-设计线宽A—–Etch loss (见上表)走线上下宽度不一致的原因是:PCB板制造过程中是从上到下而腐蚀,因此腐蚀出来的线呈梯形。

走线厚度T与该层的铜厚有对应关系,具体如下:铜厚COPPER THICKNESSBase copper thk For inner layer For outer layerH OZ 0.6mil 1.8mil1 OZ 1.2MIL 2.5MIL2 OZ 2.4MIL 3.6MIL绿油厚度:*因绿油厚度对阻抗影响较小,故假定为定值0.5mil。

我们可以通过控制这几个参数来达到阻抗控制的目的,下面以安维的底板PCB为例说明阻抗控制的步骤和SI9000的使用:底板PCB的叠层为下图所示:第二层为地平面,第五层为电源平面,其余各层为信号层。

各层的层厚如下表所示:Layer Name Type Material Thinkness ClassSURFACE AIRTOP CONDUCTOR COPPER 0.5 OZ ROUTINGDIELECTRIC FR-4 3.800MILL2-INNER CONDUCTOR COPPER 1 OZ PLANEDIELECTRIC FR-4 5.910MILL3-INNER CONDUCTOR COPPER 1 OZ ROUTINGDIELECTRIC FR-4 33.O8MILL4-INNER CONDUCTOR COPPER 1 OZ ROUTINGDIELECTRIC FR-4 5.910MILL5-INNER CONDUCTOR COPPER 1 OZ PLANEDIELECTRIC FR-4 3.800MILBOTTOM CONDUCTOR COPPER 0.5 OZ ROUTINGSURFACE AIR说明:中间各层间的电介质为FR-4,其介电常数为4.2;顶层和底层为裸层,直接与空气接触,空气的介电常数为1。

需要进行阻抗控制的信号为:DDR的数据线,单端阻抗为50欧姆,走线层为TOP和L2、L3层,走线宽度为5mil。

时钟信号CLK和USB数据线,差分阻抗控制在100欧姆,走线层为L2、L3层,走线宽度为6mil,走线间距为6mil。

对于计算精度的说明:1、对于单端阻抗控制,计算值等于客户要求值;2、对于其他特性阻抗控制:对于其它所有的阻抗设计(包括差别和特性阻抗)*计算值与名义值差别应小于的阻抗范围的10%:例如:客户要求:60+/-10%ohm阻抗范围=上限66-下限54=12ohms阻抗范围的10%=12X10%=1.2ohms计算值必须在红框范围内。

其余情况类推。

下面利用SI9000计算是否达到阻抗控制的要求:首先计算DDR数据线的单端阻抗控制:TOP层:铜厚为0.5OZ,走线宽度为5MIL,距参考平面的距离为3.8MIL,介电常数为4.2。

选择模型,代入参数,选择lossless calculation,如图所示:计算得到单端阻抗为Zo=55.08ohm,与要求相差5欧姆。

根据板厂的反馈,他们将走线宽度改为6MIL 以达到阻抗控制,经过验证,在宽度W2=6MIL,W1=7MIL的情况下,计算得到的单端阻抗为Zo=50.56欧姆,符合设计要求。

L2层:在L2层的走线模型如下图所示:代入参数进行计算得到如下图所示:计算得到单端阻抗为Zo=50.59欧姆,符合设计要求。

同理可以得到L3层的单端阻抗,在此不再赘述。

下面计算差分阻抗控制:由PCB设计可知,底板PCB中时钟走线在L3层,USB数据线在L2层,走线宽度均为6MIL,间距为6MIL。

时钟信号选择的模型如下所示:按照提供给板厂的数据计算得到的结果如下图所示:根据板厂的反馈,差分阻抗只能做到85欧姆,与计算结果接近(他们可以微调板层厚度,但不能调线)。

但是改变线间距为12MIL时,计算得到的差分阻抗为92.97欧姆,再将线宽调为5MIL时,差分阻抗为98.99欧姆,基本符合设计要求。

经验小结1、当差分走线在中间信号层走线时,差分阻抗的控制比较困难,因为精度不够,就是说改变介质层厚度对差分阻抗的影响不大,只有改变走线的间距才对差分阻抗影响较大。

但是当走线在顶层或底层时,差分阻抗就比较好控制,很容易达到设计要求,通过实际计算发现,重要的信号线最好走表层,容易进行阻抗控制,尤其是时钟信号差分对。

2、在PCB设计之前,首先必须通过阻抗计算,把PCB的叠层参数确定,如各层的铜厚,介质层的厚度等等,还有差分走线的宽度和间距都需要事先计算得出,这些就是PCB的前端仿真,保证重要的信号线的阻抗控制满足设计要求。

3、关于介电常数Er的问题:以我们使用最多的FR-4介质的材料板为例:实际多层板是芯板和压合树脂层堆叠而成,其芯板本身也是由半固化片组合而成。

常用的三种半固化片技术指标如下表1 所示。

半固化片组合的介电常数不是简单的算术平均,甚至在构成微带线和带状线时的Er值也有所不同。

另一方面,FR-4的Er也随信号频率的变化有一定改变,不过在1GHz 以下一般认为FR-4 材料的Er 值约4.2。

通常计算时采用4.2。

4、在实际的阻抗控制中,一般采用介质为FR-4,其Er约4.2,线条厚度t对阻抗影响较小,实际主要可以调整的是H和W,W(设计线宽)一般情况下是由设计人员决定的,但在设计时应充分考虑线宽对阻抗的配合性和实际加工精度。

当然,采用较小的W 值后线条厚度t 的影响就不容忽视了。

H(介质层厚度)对阻抗控制的影响最大,实际H 有两类情况:一种是芯板,材料供应商所提供的板材中H 的厚度也是由以上三种半固化片组合而成,但其在组合的过程中必然会考虑三种材料的特性,而绝非无条件的任意组合,因此板材的厚度就有了一定的规定,形成了一个相应的清单,同时H 也有了一定的限制。

如0.17mm 1/1的芯板为 2116 ×1,0.4mm 1/1的芯板为1080×2+7628×1等。

另一种是多层板中压合部分的厚度:其方法基本上与前相同但需注意铜层的损失。

如内电层间用半固化片进行填充,因在制作内层的过程中铜箔被蚀刻掉的部分很少,则半固化片中树脂对该区的填充亦很少,则半固化片的厚度损失可忽略。

反之,如信号层之间用半固化片进行填充,由于铜箔被蚀刻掉的部分较多,则半固化片的厚度损失会很大且难以估计。

因此,有人建议在内层的信号层要求铺铜以减少厚度损失。

(上述资料来源于:P C B 高速数字设计中的阻抗控制(西南电子电信技术研究所陈飞))5、特征阻抗与传输线的宽度是成反比的,宽度越宽,阻抗越低,反之则阻抗更高。

6、在有些板的设计要求中对板层厚度有限制时,此时要达到比较好的阻抗控制,采用好的叠层设计非常关键。

从实际的计算中可以得出以下结论:a. 每个信号层都要有参考平面相邻, 能保证其阻抗和信号质量;b. 每个电源层都要有完整的地平面相邻, 使得电源的性能得以较好的保证;7、关于差分走线的线宽和间距对阻抗控制的讨论:通过软件计算发现,改变差分对的间距对阻抗控制的影响较大,但是这里涉及到另一个问题,就是差分对的耦合问题。

差分对耦合的主要目的是增强对外界的抗干扰能力和抑止EMI。

耦合分为紧耦合方式( 即差分对线间距小于或等于线宽) 和松耦合方式。

如果能保证周围所有的走线离差分对较远(比如远远大于3 倍的线宽),那么差分走线可以不用保证紧密的耦合,最关键的是保证走线长度相等即可。

(可以参见Johnson 的信号完整性网站上的关于差分走线的阐述,他就要求他的layout 工程师将差分线离得较远,这样可以方面绕线)。

只是目前大多数多层高速的PCB 板走线空间很紧密,根本无法将差分走线和其它走线隔离开来,所以这时候保持紧密的耦合以增加抗干扰能力是应该的。

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