大概率您會這么想:
單面PCB,沒有地平面,采用雙側都有地線的共面波導結構,就能實現布線阻抗控制:
想得美,理論豐滿,現實骨感。
能想到用單面PCB實現布線阻抗控制的老板,一定在物料成本上考慮到了極致:
與常規雙面PCB相比,單面PCB少了過孔金屬化、背面銅蝕刻、背面絲印、背面綠油等工序,減少了PCB制造成本;
單面布線面積也一定會盡量減小,兩側鋪地增加了布線面積、增加了布通難度,所以只能單側鋪地(跟隨地線)。
那么,單側鋪地的阻抗由鋪地間隙Gap大小決定?
那又單純了,典型的沒經過社會拷打。
能想到單面布線阻抗控制的老板,一定會找個極低成本的三線PCB廠家加工,別指望線寬(等同于線間隙Gap)加工精度了。這種三線PCB廠家只保證基本的通斷。
單側鋪地的Gap與阻抗關系
為了讓大家死心,特意用HFSS建模,FR4介質厚度20mil,銅厚1.4mil,線寬30mil??匆谎蹎蝹蠕伒氐腉ap與阻抗關系:
看一眼單側鋪地的Gap與阻抗關系:
30mil線寬單面布線,鋪銅間隙Gap=4mil(主流PCB廠家普通制造工藝能加工的鋪銅間隙),阻抗也只能做到77歐,與50歐相差太遠。
鋪銅間隙Gap=4mil大概是主流PCB廠家能保證通斷能力的鋪銅間隙,實際加工出來的Gap可能3~5mil范圍,有+/-1mil誤差是很正常的,會導致阻抗控制誤差超過20%。
即使如此,別指望低成本的三流PCB廠家也能加工出4mil鋪銅間隙。
上圖的紫色線,對應鋪銅間隙Gap=16mil。
解決方案
根據公式Z0 = sqrt(L0/C0),增加單位長度的電容量,就能降低阻抗到50歐。
單位長度,是指遠小于導波波長的長度。
單位長度的電容量,用均勻排列的貼片電容實現。
下圖模型:
仿真出來的阻抗如下:
紅線0.4pF,TDR曲線顯示的阻抗88歐;
綠線2pF,TDR曲線是最接近于50歐的;
說明這個長度2000mil的布線結構,需要用貼片電容增加總共5*2 = 10pF左右的附加電容,才能將阻抗壓到50歐左右。
看看回波損耗:
對于數字電路,假設以回波損耗10dB為限:
5*2pF拓樸結構,大致能傳輸1Gbps信號。
5*0.4pF拓樸結構,大致能傳輸0.15Gbps信號。
還是有收獲的。
單位長度減半
下圖模型:
看看上圖拓樸結構的TDR瞬時阻抗,與上升沿Tr關系:
藍線阻抗大致控制在+/-10%,對應上升時間Tr=200ps。
綠線阻抗大致控制在+/-5%,對應上升時間Tr=500ps。
再看看回波損耗:
按照前面假設的標準,每隔180mil布局1pF電容,大致能傳輸2.2Gbps數據信號。
本文的模型,用了HFSS的LumpRLC邊界條件,這與實際的貼片元件仍然有分布參數的差異,低頻率時誤差不大。
總結
共面波導結構理論上能實現單面PCB布線的50歐阻抗控制,但實際工程上是很難實現的:因為要求鋪銅間隔Gap小于4mil。
可以采用大的鋪銅間隔Gap=20mil,但每隔單位長度布局貼片電容的辦法實現50歐阻抗控制:
每隔360mil布局2pF電容,大致能傳輸1Gbps數據信號。
每隔180mil布局1pF電容,大致能傳輸2Gbps數據信號。
依此類推。
電容間隔總不能小于封裝本體吧?因此,這種拓樸結構只能用于低頻低速信號。
-
pcb
+關注
關注
4319文章
23105瀏覽量
398065 -
TDR
+關注
關注
1文章
69瀏覽量
19934 -
貼片電容
+關注
關注
13文章
474瀏覽量
27820
原文標題:038_單面PCB布線阻抗的工程設計
文章出處:【微信號:看圖說RF,微信公眾號:看圖說RF】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。
發布評論請先 登錄
相關推薦
評論