阻抗比對的相關考量
1定義
1.1微帶線
微帶線(microstrip):微帶線是一根帶狀導線,指隻有一邊存在參考平面的傳輸線,頂部和側邊都曝置于空氣中(也可上敷塗覆層),位于絕緣常數 Er 線路闆的表面之上,以電源或接地層為參考。有非嵌入/嵌入兩種。
1.2帶狀線
帶狀線(Stripline):帶狀線是置于兩個參考平面之間的帶狀導線,在絕緣層的中間,有兩個參考平面,H1和H2代表的電媒體的介電常數可以不同。
1.3參考層
所有阻抗控制信号線都有參考層,有相同層的,有不同層的,一般是不同層的,除非客戶特别注明為共面。參考層判定準則:找到阻抗控制信号線,其正下方和正上方的最鄰近的銅面即為參考層。(簡單說如後面所說的GND/VCC參考層)
2阻抗分類
特性阻抗的分類:
目前常見的特性阻抗分為:單端(線)阻抗、差分(動)阻抗、共面阻抗此三種情況。
2.1單端(線)阻抗:
英文single ended impedance ,指單根信号線測得的阻抗 。
2.2 差分(動)阻抗:
英文differential impedance,指差分驅動時在兩條等寬等間距的傳輸線中測試到的阻抗。
2.3 共面阻抗:
英文coplanar impedance ,指信号線在其周圍GND/VCC(信号線到其兩側GND/VCC間距相等)之間傳輸時所測試到的阻抗。
3 阻抗影響因素:
3.1 Er:媒體介電常數,與阻抗值成反比
3.2 H1,H2,H3...:線路層與接地層間媒體厚度,與阻抗值成正比。
3.3 W1:阻抗線線底寬度;W2:阻抗線線面寬度,與阻抗成反比。
A:當内層底銅為HOZ時,W1=W2+14um;内層底銅為1OZ時,W1=W2+20um;當内層底
銅為2OZ時W1=W2+40um 。
B:當外層底銅為HOZ,W1=W2+25.4um ; 外層底銅為1OZ時,W1=W2+40um ; 外層層底銅
為2OZ時,W1=W2+60um。
C: W1為原稿阻抗線寬。
3.4 T:銅厚,與阻抗值成反比。
A:內層為基闆銅厚,HOZ按15UM計算;1OZ按30UM計算;2OZ按65UM 計算.
B:外層為銅箔厚度+鍍銅厚度,依據孔銅規格而定,當底銅為HOZ,孔銅(平均20UM,最小18UM )時,表銅按40UM計算;孔銅(平均25UM,最小20UM)時,表銅按45UM計算;孔銅單點最小25UM時,表銅按50UM計算。
C:當底銅為1OZ,孔銅(平均20UM,最小18UM )時,表銅按50UM計算;孔銅(平均25UM,
最小20UM)時,表銅按55UM計算;孔銅單點最小25UM時,表銅按60UM計算。
3.5 S:相鄰線路與線路之間的間距,與阻抗值成正比(差動阻抗)。
3.6 C1:基材阻焊厚度,與阻抗值成反比;C2:線面阻焊厚度,與阻抗值成反比;C3:線
間阻焊厚度, 與阻抗值成反比 ;CEr:阻焊介電常數,與阻抗值成反比。
A:印一次阻焊油墨,C1值為30UM ,C2值為12UM ,C3值為30UM 。
B:印兩次阻焊油墨,C1值為60UM ,C2值為25UM ,C3值為60UM 。
C:CEr:按4.2。
4 雙層闆阻抗設計推薦
100歐姆差分阻抗推薦設計
1、包地設計:線寬、間距 7/5/7 mil
地線寬度》20 mil
信号與地線距離6mil,每400mil内加接地過孔
2、不包地設計:線寬、間距 10/5/10 mil
差分對與對之間距離》20 mil(特殊情況不能小于10mil)
建議整組差分信号線外采用包地屏蔽,差分信号與屏蔽地線距離》35mil (特殊情況不能小于20mil)
90歐姆差分阻抗推薦設計
1、包地設計:線寬、間距 10/5/10 mil
地線寬度》20 mil
信号與地線距離6mil或5mil,每400mil内加接地過孔
2、不包地設計:線寬、間距 16/5/16 mil
差分對與對之間距離》20mil
建議整組差分信号線外采用包地屏蔽,差分信号與屏蔽地線距離》35mil (特殊情況不能小于20mil)
優先使用包地設計,走線較短并且有完整地平面可采用不包地設計
參考參數: 闆材FR-4,闆厚1.6mm+/-10%,闆材介電常數4.4+-0.2,銅厚1.0OZ(1.4mil),阻焊油厚度0.6+-0.2mil,介電常數 3.5+-0.3
有圖可以看出,包地設計的含義就是,比如差分線,周圍布上地線形成包地。不包地設計就是單純的布線,然後鋪銅。
5 四層闆阻抗設計推薦
100歐姆差分阻抗推薦設計
線寬、間距 5/7/5 mil
差分對與對之間距離》14mil(3W準則)
注:建議整組差分信号線外采用包地屏蔽,差分信号與屏蔽地線距離》35mil (特殊情況不能小于20mil0
90歐姆差分阻抗推薦設計
線寬、間距 6/6/6 mil
差分對與對之間距離》12mil(3W準則)
在差分對走線較長情況下,USB的差分線建議兩邊按6mil的間距包地以降低EMI風險(包地與不包地,線寬線距标準一緻)
參考參數: 闆材FR-4,闆厚1.6mm+/-10%,闆材介電常數4.4+-0.2,銅厚1.0OZ(1.4mil),阻焊油厚度0.6+-0.2mil,介電常數 3.5+-0.3 ,半固化片(PP),2116(4.0-5.0mil),介電常數4.3+-0.2