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,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 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)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。
浅谈PCB的阻抗控制随着电路设计日趋复杂和高速,如何保证各种信号(特别是高速信号)完整性,也就是保证信号质量,成为难题.此时,需要借助传输线理论进行分析,控制信号线的特征阻抗匹配成为关键,不严格的阻抗控制,将引发相当大的信号反射和信号失真,导致设计失败。
常见的信号,如PCI总线、PCI—E总线、USB、以太网、DDR内存、LVDS信号等,均需要进行阻抗控制。
阻抗控制最终需要通过PCB设计实现,对PCB板工艺也提出更高要求,经过与PCB 厂的沟通,并结合EDA软件的使用,我对这个问题有了一些粗浅的认识,愿和大家分享。
多层板的结构:为了很好地对PCB进行阻抗控制,首先要了解PCB的结构:通常我们所说的多层板是由芯板和半固化片互相层叠压合而成的,芯板是一种硬质的、有特定厚度的、两面包铜的板材,是构成印制板的基础材料.而半固化片构成所谓的浸润层,起到粘合芯板的作用,虽然也有一定的初始厚度,但是在压制过程中其厚度会发生一些变化。
通常多层板最外面的两个介质层都是浸润层,在这两层的外面使用单独的铜箔层作为外层铜箔。
外层铜箔和内层铜箔的原始厚度规格,一般有0。
5OZ、1OZ、2OZ(1OZ约为35um或1。
4mil)三种,但经过一系列表面处理后,外层铜箔的最终厚度一般会增加将近1OZ左右。
内层铜箔即为芯板两面的包铜,其最终厚度与原始厚度相差很小,但由于蚀刻的原因,一般会减少几个um.多层板的最外层是阻焊层,就是我们常说的“绿油",当然它也可以是黄色或者其它颜色.阻焊层的厚度一般不太容易准确确定,在表面无铜箔的区域比有铜箔的区域要稍厚一些,但因为缺少了铜箔的厚度,所以铜箔还是显得更突出,当我们用手指触摸印制板表面时就能感觉到。
当制作某一特定厚度的印制板时,一方面要求合理地选择各种材料的参数,另一方面,半固化片最终成型厚度也会比初始厚度小一些.下面是一个典型的6层板叠层结构:PCB的参数:不同的印制板厂,PCB的参数会有细微的差异,通过与上海嘉捷通电路板厂技术支持的沟通,得到该厂的一些参数数据:表层铜箔:可以使用的表层铜箔材料厚度有三种:12um、18um和35um.加工完成后的最终厚度大约是44um、50um和67um。
工程阻抗制作规范1.目的规范制作阻抗P C B的阻抗计算和阻抗图形设计方法,确保成品的阻抗符合规定。
2.适用范围适用于本厂客户要求阻抗控制的P C B的阻抗设计及之C A M制作的阻抗图形设计。
3.名词解释3.1特性阻抗(C h a r a c t e r i s t i c I m p e d a n c e):当一条导线与大地绝缘后,导线与大地彼此之间的阻抗。
3.2差分阻抗(D i f f e r e n t i a l I m p e d a n c e):二条平行导线与大地绝缘后的阻抗,两条导线与大地彼此之间的阻抗。
4.阻抗控制的制作规格范围一般地,对于成品产品来说,我司控制的阻抗值的规格范围为±10%,如客户又特别要求,可根据客户设计的产品结构或客户要求的阻抗规格制作。
4.1 与阻抗控制计算有关的各个材质的计算参数如下:⑴. 芯板:介电常数为4.5±0.2操作中,根据客户要求,以及产品的需要,可向板材供应商了解芯板的具体层压结构,然后依照该芯板的Prepreg配方的介电常数来计算。
⑵. 7628 PrepregA、介电常数为4.5±0.2B、压合后的介质厚度为(内层100%残铜理论值):RC%47 压合后的介质厚度为190±10UM,RC%43 压合后的介质厚度为180±15UM。
⑶. 2116 PrepregA、介电常数为4.3±0.2B、压合后的介质厚度为(内层100%残铜理论值):RC%54 压合后的介质厚度为118±10UM,RC%50 压合后的介质厚度为105±10UM。
⑷. 1080 PrepregA、介电常数为4.2±0.2B、压合后的介质厚度为(内层100%残铜理论值):RC68% 压合后的介质厚度为71±8UM,RC%62 压合后的介质厚度为65±8UM。
⑸. 当选用几种Prepreg同时压合时,则采用最高的介电常数与最低的介电常数的平均值进行计算。
史上最详细最通俗易懂的PCB阻抗控制说明烟台花无缺版权所有,未经书面许可,严禁以任何形式拷贝复制及扩散目录一、什么是PCB阻抗?二、为什么要控制PCB阻抗?三、阻抗不连续的PCB板会怎样?四、PCB常用阻抗控制值五、影响PCB阻抗的因素以及计算方法六、PCB阻抗控制实例(SDI板阻抗控制)七、反思一、什么是PCB阻抗?1.1.阻抗:在具有电阻、电感和的电路里,对电路中的电流所起的阻碍作用叫做阻抗。
它常用Z表示,是一个复数,实部称为电阻,虚部称为电抗。
阻抗的单位是欧姆。
1.2.我们常说的PCB阻抗其实是PCB的特性阻抗:又称“特征阻抗”,它不是直流电阻,属于长线传输中的概念。
在信号传输过程中,信号沿到达的地方,信号线和参考平面(电源或地平面)间由于电场的建立,会产生一个瞬间电流,传输线等效成一个电阻,我们把这个等效的电阻称为传输线的特性阻抗Z。
阻抗是电阻与电抗在向量上的和。
1.3 阻抗从字面上看就与电阻不一样,其中只有一个阻字是相同的,而另一个抗字呢?简单地说,阻抗就是电阻加电抗,所以才叫阻抗;周延一点地说,阻抗就是电阻、电容抗及电感抗在向量上的和。
在直流电的世界中,物体对电流阻碍的作用叫做电阻,世界上所有的物质都有电阻,只是电阻值的大小差异而已。
电阻小的物质称作良导体,电阻很大的物质称作非导体,而最近在高科技领域中称的超导体,则是一种电阻值几近于零的东西。
但是在交流电的领域中则除了电阻会阻碍电流以外,电容及电感也会阻碍电流的流动,这种作用就称之为电抗,意即抵抗电流的作用。
电容及电感的电抗分别称作电容抗及电感抗,简称容抗及感抗。
它们的计量单位与电阻一样是Ω,而其值的大小则和交流电的频率有关系,频率愈高则容抗愈小感抗愈大,频率愈低则容抗愈大而感抗愈小。
此外电容抗和电感抗还有相位角度的问题,具有向量上的关系式,因此才会说:阻抗是电阻与电抗在向量上的和。
二、为什么要控制PCB阻抗?2.1阻抗匹配(Impedance matching )是微波电子学里的一部分,主要用于上,来达至所有高频的微波信号皆能传至负载点的目的,不会有信号反射回来源点,从而提升能源效益。
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。
PCB设计之阻抗控制的走线细节举例阻抗控制是PCB设计中重要的一环,它能够确保信号在整个电路板上的传输质量和稳定性。
在走线细节方面,以下是一些阻抗控制的实例和技巧:1.分层设计:分层设计是阻抗控制中常用的一种方法。
根据信号层和地层的叠加情况,可以通过调整两者之间的距离和间隔来控制阻抗。
一般而言,信号层与地层之间的间隔越小,阻抗也就越低。
2.差分走线:差分走线是高速信号传输中常用的一种方式,它的特点是对抗干扰能力强,传输距离较远,同时可以控制阻抗。
在差分走线中,两个差分信号走线的布线长度要尽量相等,曲线的弯曲半径也要保持一致。
3.指定走线宽度和距离:在PCB设计中,走线的宽度和距离也会影响信号的阻抗。
一般而言,较宽的走线会导致低阻抗,而较窄的走线会导致高阻抗。
因此,在设计时需要根据信号的特性和需求来选择合适的走线宽度和距离。
4.使用阻抗控制软件:在设计中,很多阻抗控制软件可以帮助工程师实现信号走线的阻抗控制。
这些软件能够根据设计要求和参数,自动计算出合适的走线参数,以满足特定的阻抗要求。
5.保持整体稳定性:阻抗控制不仅要考虑单个走线的阻抗,还要考虑整个电路板的稳定性。
因此,在设计时需要平衡整个电路板的布线和分布电容,以确保整体的信号完整性和稳定性。
6.处理过渡区域:在信号走线从一种阻抗到另一种阻抗的过渡区域,信号的反射和损耗会增加。
因此,在设计中需要合理处理过渡区域,可以通过使用过渡锥角或添加过渡电容等方式来减少信号的反射和损耗。
7.选择合适的材料:PCB的材料也会对信号的阻抗产生影响,因此需要选择合适的材料。
常见的PCB材料有FR4和高频板材。
对于高频信号,使用高频板材能够更好地控制阻抗。
8.减小功率传输的损耗:在高功率传输的情况下,信号的传输损耗会增加。
为了减小传输损耗,可以通过增大走线的宽度和减小走线的长度等方式来控制阻抗。
综上所述,阻抗控制在PCB设计中是非常关键的一环。
通过分层设计、差分走线、指定走线宽度和距离、使用阻抗控制软件、保持整体稳定性、处理过渡区域、选择合适的材料以及减小功率传输的损耗等技巧,可以有效地控制信号的阻抗,提高信号的传输质量和稳定性。
阻抗制作过程控制一、目的:自进入信息时代以来,信号传输高频化和高速数字化的发展是极快的,其应用也越来越广泛,当今的互联网、物联网、云计算,到即将出现的“工业4.0”(中国版为“中国制造2025”)等的工业技术和信息技术,都需要信号传输(或处理)高频化或高速数字化。
如何保证各种信号完整性,也就是保证信号质量,成为难题,此时,需要借助传输线理论进行分析,控制信号线的阻抗匹配成为关键。
二、阻抗介绍:1、信号完整性在信号在传输过程中,会因为阻抗问题导致损耗或失真,影响传输效果。
信号传输图见图1所示。
图1 信号传输眼图2、阻抗模块介绍常见的阻抗要求(差分阻抗&特性阻抗),及对应的阻抗线宽、线距、介质层、应用,如表1、表2。
表1 差分阻抗要求表2 特性阻抗要求三、阻抗影响因素及各因子影响度3.1 线宽与阻抗关系线宽与阻抗成反比,线宽越大阻抗越小,线宽越小阻抗越大;线距与阻抗成正比,线距越大阻抗越大,线距越小阻抗越小。
(1)当外层特性阻抗线宽W≤127μm,线宽变化13μm时,阻抗变化4.1Ω~3Ω,当线宽W在127 μm<W≤254 μm时,线宽变化13 μm时,阻抗变化2.7~1.8Ω;(2)当外层差分阻抗线宽W≤152 μm,线宽变化13 μm时,阻抗变化6.7Ω~4.3Ω;当外层差分阻抗线宽在152μm<W≤254μm时,线宽变化13μm时,阻抗变化3.7Ω~2.2Ω;线距S≤114 μm,线距离变化13 μm,阻抗变化4.1Ω~3.1Ω,线距114 μm<S ≤152 μm,线距离变化13 μm,阻抗变化2.5Ω~2.1Ω。
参考图3。
综上,当阻抗线宽W≤152 μm时,线宽偏离中值上限或偏离下限对阻抗影响度较大,如表。
图2 外层特性阻抗线宽与阻抗变化关系图图3 外层差分阻抗线宽与阻抗变化关系图3.2 介质层厚度与阻抗关系介质层厚度与阻抗成正比,介质层厚度越厚阻抗越大;介质层厚度薄厚阻抗越小。
印制电路板(PCB)的阻抗控制介绍一:特性阻抗原理:传输线的定义,在国际标准IPC-2141 3.4.4说明其原则“当 信号在导线中传输时,若该导线长度大到信号波长的1/7,则该导线应被视做传输线。
如当某电磁波信号以时钟频率为900MHZ (GSM手机传输频率)在导线中传播时,则如果线路的长度大于:1/7波长=1C/7F=4.76CM 时,该线路就被定义为传输线。
众所周知,直流电路中电流传输时遇到的阻力叫电阻,交流电路中电流遇到的阻力叫阻抗而高频(》400MHZ )电路中传输信号所遇到的阻力叫特性阻抗,在高频情况下,印制板上的传输信号铜导线可以被视为由一串等效电阻及一并连电感所组合而成的传导线路,而此等效电阻在高频分析时小到可以忽略不记,因此我们在对一个印制板的信号传输进行高频分析时,则只需考虑杂散分布之串联电感及并联电容的效应,我们可以得到以下公式;Z0=R+√L/C √≈√L/C ( Z0为特性阻抗值)关于特性阻抗,有以下几原则:1、 在数字信号在板子上传输时,印制板线路的特性阻抗值必须与头尾元件的电子阻抗匹配,如果不匹配的话,所传送的信号能量将出现反射,散失,衰减,或延误,等现象,从而产生杂信,2、 由于电子元件的电子阻抗越高时,其传输速率才越快,因而电路板的特性阻抗值也要随之提高,才能与之匹配,3、射频通信用的PCB ,除强调 Z0外,有时更加强调板材本身具有低的 Er (介质常数)值及低的Df (介质损耗因子)值。
高频信号在介质中的传输速度为C/ Er,可知:Er 越小,传输速度越快,这也是为何高频要用低介质常数的高频材料。
Df 影响着信号在介质传输过程中的失真,Df 越小,失真越小。
二:特性阻抗的常见形式和计算方法:在线路板的设计中,传输信号最常见的有4种单线布线和2种差分布线方式方式:以上四种单线传输信号布线方式的阻抗计算公式见下;(差分略)1、 微带线:Z 。
=87ln 「5.98H/(0.8W+T )」Er+1.412、 埋入式微带线Z 。
pcb导线的导通阻值ipc标准
IPC标准对PCB导线的导通阻值有明确规定。
阻值主要受导线宽度、厚度、绝缘材料等因素影响。
具体标准如下:
1. 阻抗范围:PCB传输线的阻抗范围通常为25至120欧姆。
2. 物理结构:阻抗值由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、迹线和板层的配置以及内核和预填材质的绝缘常数决定。
3. 阻抗控制/匹配:主要是指信号层与相邻的参考平面层之间的阻抗匹配。
4. 传输线类型:PCB的传输线主要有微带线(Microstrip)与带状线(Stripline)两种。
如果需要更多信息,建议查阅IPC标准原文或咨询相关行业专家。
pcb制作过程中阻抗的调整方法
PCB制作过程中阻抗的调整方法
一、介绍
PCB(印刷电路板)制作过程中,对于PCB的阻抗调整是非常重要的,因为这直接影响到电路的工作状态。
本文介绍了PCB制作过程中阻抗的调整方法,并回答了PCB制作过程中如何进行阻抗调整的问题。
二、PCB的阻抗调整原则
1、在制作任何类型的PCB时,都应充分考虑阻抗的调整,以确保PCB最终能够正常操作。
2、在PCB制作过程中,要尽量避免降低非理想的阻抗值。
3、在PCB制作过程中,可以使用不同类型的层和材料来调整阻抗,以满足特定要求。
4、在PCB制作过程中,要注意保持物理大小和物理形状的均衡,以确保阻抗的稳定。
三、PCB制作过程中的阻抗调整方法
PCB制作过程中的阻抗调整方法主要有:
1、采用正确的材料选择。
首先,应根据实际应用的条件,确定用于制作PCB的材料,以确保PCB的阻抗能够满足要求。
2、选择合适的电路密度。
此外,用于制作PCB的电路密度也是非常重要的,它会直接影响到PCB的阻抗值,因此应根据实际情况选择合适的电路密度。
3、采用正确的布线方式。
此外,在布线时,也可以考虑采用正确的布线方式,以改善PCB的阻抗,这样可以更好地确保PCB的阻抗能够满足要求。
四、结论
在PCB制作过程中,阻抗是一个重要的参数,正确的阻抗调整是保证PCB能够正常工作的关键。
本文介绍了PCB制作过程中的阻抗调整方法,并指出正确的材料选择、电路密度以及布线方式在其中发挥着重要作用。
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。