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1、電路板阻抗控制介紹,教育訓練版 製前:耿旭珍 2005.1.31,INDEX,阻抗類型 產品對阻抗控制的需求 影響阻抗的因素 電路板的阻抗控制 電路板阻抗控制設計,1.阻抗類型,特性阻抗 差動阻抗 奇模阻抗 偶模阻抗 共模阻抗,1.1特性阻抗,在计算机、无线通信等电子信息产品中，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。 Zo= Rt+(L/C) ,Rt可忽略,於是電感(L),電容( C ),1/2,1.2差動阻抗與奇模阻抗,差動阻抗:驅動端輸入極性相反的兩個同樣信號波形,分別由兩根
2、差動線傳送,在接收端這兩個差動信號相減.差動阻抗就是兩線之間的阻抗Zdiff 奇模阻抗:兩線中一線對地的阻抗Zoo,兩線阻抗值是一致 Zdiff =2*Zoo,1.3共模阻抗與偶模阻抗,共模阻抗:驅動端輸入極性相同的兩個同樣信號波形, 將兩線連在一起時的阻抗Zcom 偶模阻抗:兩線中一線對地的阻抗Zoe,兩線阻抗值是一致,通常比奇模阻抗大 Zcom =Zoe/2,2.產品對阻抗控制的需求,高頻傳輸易發生的問題 高頻傳輸線中訊號衰減與阻抗控制 高頻傳輸線中噪音干擾 利於消除噪音的方法 產品對阻抗控制的進一步需求,2.1高頻傳輸易發生的問題,訊號延遲時間變長,即速度變慢 訊號反射衰減 斜率改變,即
3、上升速率變低 噪音干擾,2.2高頻線傳輸中訊號衰減,高频讯号在传递的过程中其行为应该被视为是波的传递，而波在介质中传递的特性可以用下图描述,当波由一介质入射另一介质时，将在接口上产生反射波及透射波，但反射波的产生，一方面将使得透射波的能量耗损，再方面亦产生了系统所不希望产生的反射噪声而干扰了后来的讯号。 系统中的讯号传递也有这种不连续接口存在，当讯号从一个组件1透过电路板传到另一个组件2时)，其中当组件、封装、电路板的阻抗不一样时，不连续的接口即因运而生，所以: 阻抗控制其实就是让系统中每一个部份都具有相同的阻抗值 ,即阻抗匹配,2.3高頻傳輸線中噪音干擾,外屆電磁波干擾及自身反射的電磁波干擾
4、,2.4利於消除噪音的方法,屏蔽消除噪音所以阻抗控制設計在內層,較不受噪音干擾,差動阻抗利於消除噪音INPUT A=output A+ - output A- OUTPUT B=input B+ - input B- 設計為差動阻抗可消除噪音干擾,2.5產品對阻抗控制的進一步需求,產品要求的電壓更小,噪音干擾更大,要求抗干擾性更好 高頻訊號更易產生噪音干擾,易受噪音干擾 產品抗干擾越好要求阻抗匹配越好,即產品阻抗偏差越小,3.影響阻抗的因素,影響阻抗的因素 各因素影響比例,3.1影響阻抗的因素,DK值:材料性質的一種, 決定當單位電壓下, 單位容量內材料可儲存的靜電能.其數字代表的意義為材料的
5、電容比(相對於該材料在真空時的電容).又稱為漏(透)電率 permittivity. Ex. 空氣Dk=1, FR-4=4.3+/-0.4,RCC=3.4-3.6.依所選材料調整.DK值增大,阻抗減小. 線路層與墊地層間介電層厚度:厚度增加阻抗增大 線寬:線寬增加阻抗變小. 銅厚:銅厚增加阻抗變小. 相鄰線路之間間距:距離增大阻抗增大 線路層層間介電層厚度:厚度增加則阻抗變小 防焊漆厚度:厚度增加阻抗變小,3.2各因素影響對比,以下為各因素影響程度對比 除DK值由原物料決定,其餘由原物料及制程決定,4.電路板的阻抗控制,電路板製造商阻抗控制的內容與範圍 製造商的制程能力與阻抗關係,4.1電路板
6、阻抗控制的內容與範圍,線寬及間距:在客戶允許範圍內,根據阻抗模擬調整線寬間距,以達到阻抗要求 介層厚度:根據客戶要求在允許公差內選用不同含膠量的PP調整介層厚度 銅厚:在客戶允許範圍內調整,以達到阻抗要求 防焊厚度:在客戶允許範圍內調整,以達到阻抗要求,4.2電路板製造的制程能力與阻抗關係,以上4項與制程控制有關係,因此制程能力好壞決定阻抗偏差大小,也就決定阻抗良率 阻抗允許偏差愈小,要求制程能力愈佳,5.電路板阻抗控制設計,板內阻抗等效阻抗設計 阻抗條阻抗測量 電路板阻抗模擬 各項參數取值 阻抗條設計 阻抗條設計舉例,5.1板內阻抗等效阻抗設計,電路板製造商在電路板邊設計滿足客戶阻抗控制所有
7、特徵及參數的阻抗條(Coupon),通過測試阻抗條的阻抗值,反映出電路板達到客戶阻抗控制要求,5.2電路板的阻抗測試,電路板采用時域反射儀即TDR(Time Domain Reflectometry)測試Coupon阻抗值 TDR產生梯階波（Step Pulse或Step Wave）,並送入待測的傳輸線中而成為入射波,當訊號線在線寬上發生寬窄變化時，則螢光幕上也會出現Z0歐姆值的上下起伏振蕩。,5.3電路板阻抗模擬,首先了解客戶阻抗要求,有阻抗值,控制層及參考層,線寬及公差,若信息不足須確認 依據客戶要求的線寬,介層厚度,銅厚等各項參數,在Polar軟體中模擬計算阻抗值,看是否達到客戶阻抗中值
8、 依據廠內製程介層厚度公差,面銅公差,防焊公差來調整,但線寬公差可控制.在各參數都向阻抗增大方向調整時,模擬出阻抗要求的最大值,從而得到線寬控制最小值.同理反方向得到線寬控制最大值,於是就模擬出線寬控制範圍,作為製程控制依據 但外層阻抗直接以阻抗值作為控制範圍,因為此時可以測量阻抗值了.但所有的參數最終都不能超出客戶要求範圍.,各項參數,阻抗值,外層特性阻抗模擬(Microstrip),外層差動阻抗模擬,內層特性阻抗模擬(Stripline),內層差動阻抗模擬(Microstrip),5.4各項參數取值,介層厚度:先按客戶規格選材料,要求材料實際厚度在客戶允許公差內.模擬鑽孔阻抗取材料實際中值
9、 Dk: FR-4=4.3+/-0.4,RCC=3.4-3.6.內層且不含RCC,取4.0;內層含RCC,取平均,但偏重較近的;外層不含RCC,取3.8;外層含RCC 电镀后(1.2mil)外层,基铜+镀层厚,5.5阻抗條設計,依據模擬的阻抗線寬設計阻抗條線寬,同板內阻抗線大小一致,並在線兩邊加護衛線 阻抗線對應的參考層以銅面設計,若中間有其他層則對應處套開銅面,避免屏蔽. 阻抗線一端鑽2個PT孔,1個導通阻抗線,1個導通參考層,供阻抗測試時插針用 Coupon長度一般為1“*8”,阻抗線=4“長 Coupon外層須注明層別,阻抗值,線寬等,以區別阻抗,5.6阻抗條設計舉例,模擬出阻抗線寬控制範圍,L1,L2,L3,L5,L6,L4,
