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高速PCB設(shè)計(jì)Layout時(shí)必須要把阻抗匹配的分毫不差嗎?

發(fā)布時(shí)間 :2016-10-10 11:48 閱讀 : 來(lái)源 :技術(shù)文章責(zé)任編輯 :深圳宏力捷PCB設(shè)計(jì)部
做高速PCB設(shè)計(jì),對(duì)于傳輸線都會(huì)有阻抗控制的要求,例如單端50歐(±10%),差分100Ω(±10%)等等,對(duì)阻抗控制要求高的還會(huì)要求到±5%的精度,因?yàn)閷<覀冋f(shuō)了,如果阻抗不匹配或者阻抗不連續(xù),會(huì)造成信號(hào)反射,帶來(lái)信號(hào)完整性問(wèn)題。
 
既然阻抗不匹配或者阻抗不連續(xù)會(huì)造成信號(hào)完整性問(wèn)題,那是否我們只要在做PCB Layout前,計(jì)算出能夠精確匹配目標(biāo)特性阻抗的PCB疊層和對(duì)應(yīng)的線寬、線距,并嚴(yán)格按照該線寬和線距來(lái)布高速信號(hào)線,然后將該P(yáng)CB制板文件提交給板廠,PCB板廠就能制作出完全匹配特性阻抗控制要求的PCB?
 
你按照目標(biāo)特性阻抗要求,精心計(jì)算了對(duì)應(yīng)的線寬線距和層疊結(jié)構(gòu),并嚴(yán)格按照該線寬要求來(lái)布線,將制板要求和制板文件發(fā)給板廠,結(jié)果卻還是有差距,需要調(diào)整……
因?yàn)槟愕寞B層結(jié)構(gòu)和要求控制的阻抗線寬、線距到了板廠那里,板廠還需要進(jìn)行重新計(jì)算并結(jié)合自身的材料和工藝情況進(jìn)行補(bǔ)償和調(diào)整,即使是已經(jīng)量程并驗(yàn)證過(guò)的PCB,如果換了新的板廠生產(chǎn),也可能面臨著需要進(jìn)行線寬、線距和層疊結(jié)構(gòu)的調(diào)整。
 
主要有以下幾種因素導(dǎo)致產(chǎn)生阻抗差異:
1、特性阻抗計(jì)算差異 
你的阻抗計(jì)算軟件最好得跟板廠的阻抗計(jì)算軟件保持一致,這就避免了計(jì)算軟件不同而造成的結(jié)果偏差,現(xiàn)在國(guó)內(nèi)大多數(shù)板廠用的都是polar,大家可以跳轉(zhuǎn)過(guò)去裝polar si9000來(lái)算阻抗。
其次,你的所有計(jì)算參數(shù)都是基于理想的數(shù)值來(lái)計(jì)算的,沒(méi)有考慮殘銅率(這個(gè)會(huì)影響壓合后的介質(zhì)層厚度),不同批次的板材的介電常數(shù)偏差,PCB壓合工藝偏差等影響最終特性阻抗的因素。
 
2、共面波導(dǎo)特性阻抗–Polar 9000 
即使你能夠通過(guò)軟件計(jì)算出特性阻抗完全符合50Ω的線寬并嚴(yán)格按照該線寬值來(lái)Layout,但是到了板廠那里,由于工藝和板材差異影響,最終特性阻抗達(dá)到±5%的精度,這已經(jīng)算是比較高的了。由于工藝的不同,不同的板廠對(duì)PCB特性阻抗的調(diào)整和補(bǔ)償也是不同的,即使是同一款已經(jīng)量產(chǎn)確認(rèn)過(guò)的PCB,換了不同板廠之后,板廠還是會(huì)對(duì)PCB線寬或介質(zhì)層厚度進(jìn)行微調(diào)。
板廠一般會(huì)根據(jù)PCB的個(gè)性化設(shè)計(jì)、實(shí)際生產(chǎn)中的參數(shù)影響和豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),對(duì)阻抗理論值進(jìn)行精確計(jì)算和微調(diào),確保滿足PCB的阻抗控制要求。板廠的阻抗理論計(jì)算值要比我們要求控制的值小些,比如我們要求單端控50Ω,他按照48Ω來(lái)算出線寬要求,然后在生產(chǎn)的時(shí)候進(jìn)行補(bǔ)償和控制,最終的成品阻抗值才能符合我們的要求。
 
精確控制阻抗不是我們Layout的事情,而是板廠的事情,只要板廠能夠確保生產(chǎn)出的PCB能夠滿足阻抗特性要求就OK了。為了降低生產(chǎn)成本,如果信號(hào)要求阻抗偏差符合±10%,那我們就沒(méi)必要要求板廠按照±5%來(lái)生產(chǎn),造成沒(méi)必要的成本增加。
為什么大多數(shù)datasheet上要求的都是控制在±10%,那是根據(jù)板廠的現(xiàn)行工藝能力和成本,結(jié)合IC對(duì)阻抗特性偏差的容忍度進(jìn)行綜合的數(shù)值,也許隨著PCB制板工藝的提高,通信速率的增加,以后對(duì)特性阻抗的控制偏差為±3%或者±1%那都不是事。
 
我們Layout時(shí)只需跟板廠溝通好,把相應(yīng)的層疊結(jié)構(gòu)、所需板材、需要控制的特性阻抗告訴板廠,然后按照板廠給出的建議線寬線距來(lái)Layout就行了。
在進(jìn)行Layout時(shí),通過(guò)阻抗計(jì)算軟件進(jìn)行理論值的初步計(jì)算,大致判斷是否滿足阻抗要求給板廠預(yù)留一些微調(diào)的空間,剩下的阻抗控制事情那是板廠解決就行了。


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