PCB阻抗设计及Polar Si9000 PCB阻抗计算软件的使用
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一、阻抗介绍
1、特性阻抗的定义: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。
2、特性阻抗的分类:单端(线)阻抗、差分(动)阻抗、共面阻抗。
单端(线)阻抗:英文Single Ended Impedance ,指单根信号线测得的阻抗。
差分(动)阻抗:英文Differential Impedance,指差分驱动时在两条等宽等间距的传输线中测试到的阻抗。
共面阻抗:英文Coplanar Impedance ,指信号线在其周围GND/VCC(信号线到其两侧GND/VCC间距相等)之间传输时所测试到的阻抗。
3、需要阻抗设计的条件: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。
4、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。
5、阻抗的影响因素:
1)、Er:介质介电常数,与阻抗值成反比,介电常数按新提供的《板材介电常数表》计算。
2)、H1,H2,H3...线路层与接地层间介质厚度,与阻抗值成正比。
3)、W1:阻抗线线底宽度;W2:阻抗线线顶宽度,与阻抗成反比。
A:当内层底铜为1oz 时W1=W2+0.5mil;当内层底铜为2oz 时,W1=W2+1.2mil 。
B:外层底铜为1oz,W1=W2+1.2mil;当外层底铜为2oz 时,W1=W2+1.6mil。
4)、T:铜厚,与阻抗值成反比。
A:內层为基板铜厚,Hoz 按15um 计算;1oz 按30um 计算;2oz 按65um 计算.
B:外层为铜箔厚度+镀铜厚度,依据孔铜規格而定,当底铜为Hoz,孔铜(平均20um,最小18um )时,表铜按45um 计算;孔铜(平均25um,最小20um)时,表铜按50um 计算;孔铜单点最小25um 时,表铜按55um 计算。
C:当底铜为1oz,孔銅(平均20um,最小18um )时,表铜按55um 计算;孔铜(平均25um,最小20um)时,表铜按60um 计算;孔铜单点最小25um时,表铜按65um 计算。
5)、S:相邻线路与线路之间的间距,与阻抗值成正比(差动阻抗)。
6)、C1:基材阻焊厚度,与阻抗值成反比;
C2:线面阻焊厚度,与阻抗值成反比;
C3:线间阻焊厚度,与阻抗值成反比;
CEr:阻焊介电常数,与阻抗值成反比。
A:印一次阻焊油墨,C1 值为30um ,C2 值为12um ,C3 值为30um。
B:印两次阻焊油墨,C1 值为60um ,C2 值为25um ,C3 值为60um。
C:Cer(阻焊介电常数):按3.4 计算。
6、阻抗设计流程:
二、常见的单端(线)阻抗计算模式
1、Surface Microstrip
适用范围:外层没有涂阻焊油前阻抗计算。
H1:外层到VCC/GND 间的介质厚度,不含铜箔厚度。
T1:线路铜厚,包括基板铜厚+电镀铜厚。
2、Coated Microstrip
适用范围:外层涂了阻焊油之后的阻抗计算
CEr:阻焊介电常数
C1: 基材阻焊厚度
C2:线面阻焊厚度
三、常见的差分(动)阻抗计算模式
1、Edge-Coupled Coated Microstrip 1B
适用范围:外层阻焊后差动阻抗计算
S1:差动阻抗线间隙
2、Edgd-Coupled Offset Stripline 1B1A
适用范围:两个VCC/GND 夹一个线路层之阻抗计算;
H1:线路层到较近之VCC/GND 间距离
H2:线路层到较远之VCC/GND 间距离+阻抗线路层铜厚
四、常见的共面阻抗计算模式
1、Coated Coplanar Waveduide 1B
适用范围:阻焊后单线共面阻抗,参考层与阻抗线在同一层面,即阻抗线被周围GND/VCC 包围,周围GND/VCC 即为参考层面。而次外层(innerlayer 2)为线路层,非GND/VCC(即非参考层)。
2、Diff Coated Coplanar Waveguide With Ground 1B
适用范围:阻焊后差分共面阻抗,参考层为同一层面的GND/VCC 和次外层GND/VCC 层。(阻抗线被周围GND/VCC 包围,周围GND/VCC 即为参考层面)。
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