PCB層疊結構與阻抗計算


PCB的兩個重要組成部分:Core和Prepreg(半固態片,簡稱PP)

Core的兩個表層都鋪有銅箔,可作為信號層、電源層、地層等導電層,Core的上下兩層之間填充的是固態材料;PP的表面不鋪銅箔,在PCB中起填充作用,其材質是半固態的樹脂材料,因此比略軟一些。

制作多層板需要配合使用Core和PP,一般在兩個Core之間選用PP作為填充物。根據層疊結構的不同,Core和PP有多種厚度的選擇。

層疊結構設計的先決條件:

1. 單板總層數,包括信號層、電源層和地層的數目。

一般PCB設計過程中,首先進行布局設計,根據元件飛線的密度估計關鍵器件的信號線密度,以便對信號層數評估。在確定信號層的數目之后,根據電源的種類和信號的隔離要求等,可以評估所需電源層和地層的數目.

2. 單板的厚度。

14層以內的單板厚度選擇1.6mm;16層以上的單板厚度選擇2.0mm以上.

3. 單端信號和差分信號的目標阻抗。

一般情況下,單端信號對地阻抗50Ω,差分對信號間阻抗為100Ω.

4.PCB的介電常數Er.

介電常數是表征電磁場在特定材質中導通能力的參數,介電常數越大,則磁場在該材質中的導通能力越強.

應用中,一般采用相對介電常數Er.Er的定義是,材質介電常數與真空介電常數的比值.真空中Er=1,而FR4的Er的取值一般在3.5~4.5之間,即電磁場在FR4中的導通能力比在真空強,這也是高速電路在工作時,電磁場主要集中在PCB內的原因.

Er越高,高頻信號越容易通過,即高頻的損耗越大.為減小高頻損耗,Er值為3.5~3.8,Er成本越高.

表層單端信號:選擇Surface Microstrip (表面微帶線)

內層單端信號:選擇Offset Stripline(非對稱帶狀線)

以表層單端信號的計算為例:Z0是目標阻抗50Ω,Er相對介電常數,T=0.69線厚,H=3.94到參考平面的距離    (目標阻抗單位是Ω,其他都是mil)

 

 

Surface Microstrip                                     表層微帶線

Embedded Microstrip                                內層微帶線

Coated Microstrip                                      外層單端 (蓋油后的表層微帶線)

Offset Stripline                                           帶狀線  (內層,上線兩面均是有參考面如GND層)

Edge-Coupled Suface Microstrip              差分阻抗線 (表層差分未蓋油,不包地的差分微帶線)

Edge-Coupled Coated Microstrip            外層差分 (差分對阻抗不包地:包地的意思是信號線周圍是否有銅皮圍着)

Diff Coated Coplanar Strips With Ground    差分對阻抗包地 (差分對,就是成對的布線;表層,未蓋油,成對微帶線)

Edge-Coupled Embedded Microstrip   內層差分微帶線不包地 (內層微帶線:一端為參考面如GND,一端是介 質與空氣)

Edge-Coupled offset Stripline           內層差分非對稱對無包地(內層差分帶狀線)       

Broadside-Coupled Stripline             內不同層 帶狀線

Surface Coplanar Strips                    表層微帶 包地,參考層為同層GND/VCC

Surface Coplanar Strips with Ground 表層微帶 包地,參考層為同層GND/VCC,次參考層為次外層GND/VCC

Surface Coplanar Waveguide  表層波導,阻抗線被周圍GND/VCC包圍,周圍GND/VCC即為參考層。

Coated Coplanar Waveguide   蓋油后的表層波導,阻抗線被周圍GND/VCC包圍,周圍GND/VCC即為參考層。

Surface Coplanar Waveguide with Ground 表層波導, 參考層為同一層面的GND/VCC和次外層面的GND/VCC層

Coated Coplanar Waveguide with Ground 蓋油后表層波導

 

Embedded Coplanar Waveguide 內層單線共面阻抗, 參考曾為同一層面的GND/VCC,臨近層是線路層非GND/VCC

Embedded Coplanar Waveguide with Ground   參考曾為同一層面的GND/VCC,與臨近層GND/VCC

Offset Coplanar Waveguide 內層單線共面阻抗,參考層為同層GND/VCC,與鄰近兩個層的GND/VCC相當於帶狀線

Diff Surface Coplanar Waveguide 表層差分共面阻抗,參考層為同層GND/VCC,次外層為線路層非GND/VCC參考層

Diff Coated Coplanar Waveguide 蓋油后的表層差分共面阻抗

Diff Surface Coplanar Waveguide with Ground 表層差分共面阻抗非次外層為參考層

Diff Coated Coplanar Waveguide with Ground 蓋油后表層差分共面阻抗非次外層為參考層

Diff Embedded Coplanar Waveguide With Ground 內層差分共面阻抗,參考層為同一層GND/VCC以及鄰近GND/VCC層

Diff offset coplanar waveguide 內層差分共面阻抗,參考層為同一層面GND/VCC,和鄰近的兩個層GND/VCC層

Coate Coplanar Strips  蓋油后單線共面阻抗,,參考層與阻抗線 在同一層面,即阻抗線被周圍 GND/VCC 包圍,周圍 GND/VCC 即為參考層面。而次外層(innerlayer2) 為線路層,非 GND/VCC(即非參考層)。

Coate Coplanar Strips with Ground 蓋油后的表層包地單端包地,參考面為同層GND/VCC,和次外層GND/VCC

Coate Coplanar Strips Waveguide  蓋油后的表層包地單端包地

Coate Coplanar Strips Waveguide with Ground 

Embedded Coplanar Strips  內層單端包地,同層GND/VCC作為參考層,上下未信號層

Embedded Coplanar Strips with Ground 內層單端包地,同層GND/VCC作為參考層,下層為GND/VCC信號層

Offset Stripline                                     內層單端 (內層單端阻抗不包地)

Edge-Coupled Offset Stripline             差分非對稱帶狀線

Coated Coplanar Waveuide With Ground 外層單端共面地

Diff Coated Coplanar Waveuide With Ground  外層差分共面地

 

 

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