教你怎樣算pcb設(shè)計中的阻抗
在高速設(shè)計流程里,疊層設(shè)計和阻抗計算就是萬里長征的第一步。阻抗計算方法很成熟,所以不同的軟件計算的差別很小,本文采用Si9000來舉例。
阻抗的計算是相對比較繁瑣的,但我們可以總結(jié)一些經(jīng)驗值幫助提高計算效率。對于常用的FR4,50ohm的微帶線,線寬一般等于介質(zhì)厚度的2倍;50ohm 的帶狀線,線寬等于兩平面間介質(zhì)總厚度的二分之一,這可以幫我們快速鎖定線寬范圍,注意一般計算出來的線寬比該值小些。
除了提升計算效率,我們還要提高計算精度。大家是不是經(jīng)常遇到自己算的阻抗和板廠算的不一致呢?有人會說這有什么關(guān)系,直接讓板廠調(diào)啊。但會不會有板廠調(diào)不了,讓你放松阻抗管控的情況呢?要做好產(chǎn)品還是一切盡在自己的掌握比較好。
以下提出幾點設(shè)計疊層算阻抗時的注意事項供大家參考:
1,線寬寧愿寬,不要細。這是什么意思呢?因為我們知道制程里存在細的極限,寬是沒有極限的。如果到時候為了調(diào)阻抗把線寬調(diào)細而碰到極限時那就麻煩了,要么增加成本,要么放松阻抗管控。所以在計算時相對寬就意味著目標(biāo)阻抗稍微偏低,比如單線阻抗50ohm,我們算到49ohm就可以了,盡量不要算到51ohm。
2,整體呈現(xiàn)一個趨勢。我們的設(shè)計中可能有多個阻抗管控目標(biāo),那么就整體偏大或偏小,不要100ohm的偏大,90ohm的偏小。
3,考慮殘銅率和流膠量。當(dāng)半固化片一邊或兩邊是蝕刻線路時,壓合過程中膠會去填補蝕刻的空隙處,這樣兩層間的膠厚度時間會減小,殘銅率越小,填的越多,剩下的越少。所以如果你需要的兩層間半固化片厚度是5mil,要根據(jù)殘銅率選擇稍厚的半固化片。
4,指定玻布和含膠量??催^板材datasheet的工程師都知道不同的玻布,不同的含膠量的半固化片或芯板的介電系數(shù)是不同的,即使是差不多高度的也可能是3.5和4的差別,這個差別可以引起單線阻抗3ohm左右的變化。另外玻纖效應(yīng)和玻布開窗大小密切相關(guān),如果你是10Gbps或更高速的設(shè)計,而你的疊層又沒有指定材料,板廠用了單張 1080的材料,那就可能出現(xiàn)信號完整性問題。
當(dāng)然殘銅率流膠量計算不準(zhǔn),新材料的介電系數(shù)有時和標(biāo)稱不一致,有的玻布板廠沒有備料等等都會造成設(shè)計的疊層實現(xiàn)不了或交期延后。咋辦?最好的辦法就是在設(shè)計之初讓板廠按我們的要求,他們的經(jīng)驗設(shè)計個疊層,這樣最多幾個來回就能得到理想又可實現(xiàn)的疊層了。
上次講到了阻抗計算和工藝制程之間的一些"權(quán)衡的藝術(shù)",主要是為了達到我們阻抗管控目的的同時,也能保證工藝加工的方便,以及盡量降低加工成本。接下來,就具體說說,利用SI9000計算阻抗的具體過程。
如何計算阻抗
對于阻抗計算而言,層疊設(shè)置是先決條件,首先必選先設(shè)置好單板的具體層疊信息,下面是一個常見八層板的層疊信息,以這個為例子,看看阻抗計算的一些注意事項。
圖一
對于信號線而言,在板子上實現(xiàn)的形式又分為微帶線和帶狀線,兩者的不同,使得阻抗計算選擇的結(jié)構(gòu)不一致,下面分別討論這兩種常見的阻抗計算的情況。
a、微帶線
微帶線的特點就是只有一個參考層,上面蓋綠油。下面是單線(50Ω)和差分線(100Ω)的具體參數(shù)設(shè)置。
注意事項:
1、H1是表層到參考層的介質(zhì)厚度,不包括參考層的銅厚;
2、C1、C2、C3是綠油的厚度,一般綠油厚度在0.5mil~1mil左右,所以保持默認就好,其厚度對于阻抗有細微影響,這也是處理文字面是,盡量不讓絲印放置在阻抗線上的原因。
3、T1的厚度一般為表層銅厚加電鍍的厚度,1.8mil為0.5OZ+Plating的結(jié)果。
4、一般W1是板上走線的寬度,由于加工后的線為梯形,所以W2
b、帶狀線
帶狀線是位于兩個參考平面之間的導(dǎo)線。下面是單線(50Ω)和差分線(100Ω)的具體參數(shù)設(shè)置。
注意事項:
1、H1是導(dǎo)線到參考層之間CORE的厚度,H2是導(dǎo)線到參考層之間PP的厚度(考慮pp流膠情況);如圖一所示層疊,若阻抗線在ART03層,那么H1就是GND02到ART03之間的 介質(zhì)厚度,而H2則是GND04到ART03之間的介質(zhì)厚度再加上銅厚。
2、Er1和Er2之間的介質(zhì)不同時,可以填各自對應(yīng)的介電常數(shù)。
3、T1的厚度一般為內(nèi)層銅厚;當(dāng)單板為HDI板是,需要注意內(nèi)層是否有電鍍。