阻抗匹配和降低传输线损耗是高速印制电路板(PCB)重要指标,而阻焊层作为PCB的重要组成部分,其对外层传输线的阻抗和损耗均有较大的影响。对于高速PCB设计和制造而言,了解阻焊层对阻抗、损耗的影响程度以及如何减少阻焊层对PCB电性能的影响有着重要的意义。本文对比分析了无阻焊层和覆盖阻焊油墨前后PCB电性能变化,并重点分析了常规阻焊油墨对外层传输线阻抗和损耗的影响,可为高速PCB设计和阻抗匹配设计提供参考数据。我司阻焊油墨介电常数一般在4.0,损耗因子0.02-0.04。
1、 前言
随着科技发展,电子产品不断朝着高密度化、多功能化及信号传输高频化、高速化方向发展,目前骨干网信号传输频率已经高达100Gbit/s,相应地单通道传输速率也高达10Gbit/s甚至25Gbit/s,且信号传输高速化扔保持着迅猛的发展趋势。信号传输的高速化发展使得信号传输过程中更容易出现反射、串扰等信号完整性问题,且传输速率越快,信号损耗也就越大,如何降低信号在传输过程中的损耗、保证信号完整性是高速PCB发展中面临的巨大挑战。
2、阻抗主要类型及影响因素
阻抗(Zo)定义:对流经其中已知频率之交流电流所产生的总阻力称为阻抗(Zo)。对印刷电路板而言,是指在高频讯号之下,某一线路层(signal layer)对其最接近的相关层(reference plane)总合之阻抗。
2.1 阻抗类型:
(1)特性阻抗在计算机﹑无线通信等电子信息产品中, PCB的线路中的传输的能量, 是一种由电压与时间所构成的方形波信号(square wave signal, 称为脉冲pulse),它所遭遇的阻力则称为特性阻抗。
(2)差动阻抗驱动端输入极性相反的两个同样信号波形,分別由两根差动线传送,在接收端这两个差动信号相減。差动阻抗就是两线之間的阻抗Zdiff。
(3)奇模阻抗两线中一线對地的阻抗Zoo,两线阻抗值是一致。
(4)偶模阻抗驱动端输入极性相同的两个同样信号波形, 將两线连在一起时的阻抗Zcom。
(5)共模阻抗两线中一线对地的阻抗Zoe,两线阻抗值是一致,通常比奇模阻抗大。
其中特性和差动为常见阻抗,共模与奇模等很少见。
2.2 影响阻抗的因素:
W—–线宽/线间线寬增加阻抗变小,距离增大阻抗增大;
H—-绝缘厚度厚度增加阻抗增大;
T——铜厚铜厚增加阻抗变小;
H1—绿油厚厚度增加阻抗变小;
Er—–介电常数参考层DK值增大, 阻抗減小;
Undercut—-W1-Wundercut增加, 阻抗变大。
3、阻抗计算自动化
如今,我们业界最常用的阻抗计算工具是Polar公司提供的Si8000 Field Solver,Si8000是全新的边界元素法场效解计算器软件,建立在我们熟悉的早期Polar阻抗设计系统易于使用的用户界面之上。此软件包含各种阻抗模块,人员通过选择特定模块,输入线宽,线距,介层厚度,铜厚,Er值等相关数据,可以算出阻抗结果。一个PCB阻抗管控数目少则4,5组,多则几十组,每一组的管控线宽,介层厚度,铜厚等都不同,如果一个个去查数据,然后手动输入相关参数计算,非常费时且容易出错。
下面,将介绍Si8000软件自动地进行阻抗设计的参数
阻抗匹配图
阻抗匹配图
阻抗匹配图
阻抗匹配图
阻抗匹配图
4.结论:
对于外层单端线和外层查分线,设计阻抗值越大,印刷阻焊油墨后阻抗降低越多。
1.1设计值为60Ω的单端微带线覆盖阻焊油墨后阻抗下降4.3Ω
1.2设计值为50Ω的单端微带线覆盖阻焊油墨后阻抗下降2.8Ω
1.3设计值为40Ω的单端微带线覆盖阻焊油墨后阻抗下降2.0Ω
2.1设计值为110Ω的差分线覆盖阻焊油墨后阻抗下降10.1Ω
2.2设计值为100Ω的差分线覆盖阻焊油墨后阻抗下降8.5Ω
2.3设计值为80Ω的差分线覆盖阻焊油墨后阻抗下降5.0Ω
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原文标题:PCB阻抗匹配设计技术要求和方法
文章出处:【微信号:pcbworld,微信公众号:PCBworld】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。
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