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时间:2018-11-19
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1、PCB的阻抗设计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
2、、信号失真。2、计算阻抗的工具:目前大部分人都用Polar软件:PolarSi8000、Si9000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PolarSi9000,然后打开PolarSi9000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
3、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,在金百泽公司统一按10um,即0.4mil;W1、W2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8,10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L2
4、,L12参考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:H1是L1到L2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;C1、C2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H1、H2: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
5、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H1是4mil,H2=7.5+0.6=8.1mil,0.6mil是L3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,L3、L4与L6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
6、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=6.5mil;H2=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和L4是对称的,计算其中一个就好啦。L3、L4层均是参考2、5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;(d)G
7、ND和Power层之间尽量靠近;(e)设计阻抗线宽时,单端阻抗线与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:5.1MIL、4.9MIL、5.0;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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