PCB层叠结构与阻抗计算

PCB的两个重要组成部分:Core和Prepreg(半固态片,简称PP)

Core的两个表层都铺有铜箔,可作为信号层、电源层、地层等导电层,Core的上下两层之间填充的是固态材料;PP的表面不铺铜箔,在PCB中起填充作用,其材质是半固态的树脂材料,因此比略软一些。

制作多层板需要配合使用Core和PP,一般在两个Core之间选用PP作为填充物。根据层叠结构的不同,Core和PP有多种厚度的选择。

层叠结构设计的先决条件:

1. 单板总层数,包括信号层、电源层和地层的数目。

一般PCB设计过程中,首先进行布局设计,根据元件飞线的密度估计关键器件的信号线密度,以便对信号层数评估。在确定信号层的数目之后,根据电源的种类和信号的隔离要求等,可以评估所需电源层和地层的数目.

2. 单板的厚度。

14层以内的单板厚度选择1.6mm;16层以上的单板厚度选择2.0mm以上.

3. 单端信号和差分信号的目标阻抗。

一般情况下,单端信号对地阻抗50Ω,差分对信号间阻抗为100Ω.

4.PCB的介电常数Er.

介电常数是表征电磁场在特定材质中导通能力的参数,介电常数越大,则磁场在该材质中的导通能力越强.

应用中,一般采用相对介电常数Er.Er的定义是,材质介电常数与真空介电常数的比值.真空中Er=1,而FR4的Er的取值一般在3.5~4.5之间,即电磁场在FR4中的导通能力比在真空强,这也是高速电路在工作时,电磁场主要集中在PCB内的原因.

Er越高,高频信号越容易通过,即高频的损耗越大.为减小高频损耗,Er值为3.5~3.8,Er成本越高.

表层单端信号:选择Surface Microstrip (表面微带线)

内层单端信号:选择Offset Stripline(非对称带状线)

以表层单端信号的计算为例:Z0是目标阻抗50Ω,Er相对介电常数,T=0.69线厚,H=3.94到参考平面的距离    (目标阻抗单位是Ω,其他都是mil)

Surface Microstrip                                     表层微带线

Embedded Microstrip                                内层微带线

Coated Microstrip                                      外层单端 (盖油后的表层微带线)

Offset Stripline                                           带状线  (内层,上线两面均是有参考面如GND层)

Edge-Coupled Suface Microstrip              差分阻抗线 (表层差分未盖油,不包地的差分微带线)

Edge-Coupled Coated Microstrip            外层差分 (差分对阻抗不包地:包地的意思是信号线周围是否有铜皮围着)

Diff Coated Coplanar Strips With Ground    差分对阻抗包地 (差分对,就是成对的布线;表层,未盖油,成对微带线)

Edge-Coupled Embedded Microstrip   内层差分微带线不包地 (内层微带线:一端为参考面如GND,一端是介 质与空气)

Edge-Coupled offset Stripline           内层差分非对称对无包地(内层差分带状线)       

Broadside-Coupled Stripline             内不同层 带状线

Surface Coplanar Strips                    表层微带 包地,参考层为同层GND/VCC

Surface Coplanar Strips with Ground 表层微带 包地,参考层为同层GND/VCC,次参考层为次外层GND/VCC

Surface Coplanar Waveguide  表层波导,阻抗线被周围GND/VCC包围,周围GND/VCC即为参考层。

Coated Coplanar Waveguide   盖油后的表层波导,阻抗线被周围GND/VCC包围,周围GND/VCC即为参考层。

Surface Coplanar Waveguide with Ground 表层波导, 参考层为同一层面的GND/VCC和次外层面的GND/VCC层

Coated Coplanar Waveguide with Ground 盖油后表层波导

Embedded Coplanar Waveguide 内层单线共面阻抗, 参考曾为同一层面的GND/VCC,临近层是线路层非GND/VCC

Embedded Coplanar Waveguide with Ground   参考曾为同一层面的GND/VCC,与临近层GND/VCC

Offset Coplanar Waveguide 内层单线共面阻抗,参考层为同层GND/VCC,与邻近两个层的GND/VCC相当于带状线

Diff Surface Coplanar Waveguide 表层差分共面阻抗,参考层为同层GND/VCC,次外层为线路层非GND/VCC参考层

Diff Coated Coplanar Waveguide 盖油后的表层差分共面阻抗

Diff Surface Coplanar Waveguide with Ground 表层差分共面阻抗非次外层为参考层

Diff Coated Coplanar Waveguide with Ground 盖油后表层差分共面阻抗非次外层为参考层

Diff Embedded Coplanar Waveguide With Ground 内层差分共面阻抗,参考层为同一层GND/VCC以及邻近GND/VCC层

Diff offset coplanar waveguide 内层差分共面阻抗,参考层为同一层面GND/VCC,和邻近的两个层GND/VCC层

Coate Coplanar Strips  盖油后单线共面阻抗,,参考层与阻抗线 在同一层面,即阻抗线被周围 GND/VCC 包围,周围 GND/VCC 即为参考层面。而次外层(innerlayer2) 为线路层,非 GND/VCC(即非参考层)。

Coate Coplanar Strips with Ground 盖油后的表层包地单端包地,参考面为同层GND/VCC,和次外层GND/VCC

Coate Coplanar Strips Waveguide  盖油后的表层包地单端包地

Coate Coplanar Strips Waveguide with Ground 

Embedded Coplanar Strips  内层单端包地,同层GND/VCC作为参考层,上下未信号层

Embedded Coplanar Strips with Ground 内层单端包地,同层GND/VCC作为参考层,下层为GND/VCC信号层

Offset Stripline                                     内层单端 (内层单端阻抗不包地)

Edge-Coupled Offset Stripline             差分非对称带状线

Coated Coplanar Waveuide With Ground 外层单端共面地

Diff Coated Coplanar Waveuide With Ground  外层差分共面地

 

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