什么鬼,PCB走線也看身材?!

來源:一博自媒體 時間:2020-3-16 類別:微信自媒體

公眾號 | 高速先生
作者 | 黃剛 (一博科技高速先生團隊隊員)

古語有云:窈窕淑女,君子好逑,如果要各位PCB行業的高富帥從高高瘦瘦和矮胖矮胖這兩種身材的美女中去選擇的話,相信大多數人都會選擇前者吧。那么如果傳輸線也有身材這一說的話,你們又會怎么選擇呢?

那個,大家不要想多哈,高速先生下面說的還是正兒八經的PCB技術。恩,這篇文章應該要先從疊層說起。

 
當然疊層是形形色色的,從4層到8層到……64層都有,但是無論多少層都好,對于設計高速信號的朋友來說,最關心的就是這3層:G-S-G!
 
恩,不錯,就是下面這三層。
 
尤其是對于通信設備的背板而言更是如此。PCB工程師在評估的時候最關心的是需要多少個內層可以出線,那么上面這個G-S-G的單元就是最核心的一環。例如你有板厚要求,然后確定了需要多少層內層出線可以滿足之后,基本上就確定了一個G-S-G單元的厚度,然后多少個內層就由多少個G-S-G單元來構成了。
 
回到我們這邊列舉的那兩個疊層,你會發現,G-S-G的構成也是略有不同,哪里不同呢?銅箔厚度可以不同,一般來說高速信號可以用0.5oz銅箔和1oz銅箔兩種情況。如果G-S-G這個單元的厚度一定的時候,如果用0.5oz的銅箔和1oz的銅箔到底對于走線的損耗有什么區別呢?高速先生大概畫出一個示意圖,就很清晰了。
同樣的G-S-G厚度的情況下,0.5oz銅箔和1oz銅箔的銅厚是不相同的,但是上面的示意圖有一個錯誤的地方,根據阻抗的計算公式,如果同樣要控制到阻抗100歐姆的情況下,銅厚變厚了,介質厚度不變,那么線寬就會變細,也就是正確的示意圖應該是下面這樣,1oz銅厚的情況下線寬肯定會比0.5oz銅厚時要細!
所以也就說本文題目所說的PCB也有身材一說,0.5oz的銅箔是矮矮胖胖,1oz的銅箔是高高瘦瘦。那么大家有沒有想過這兩種情況下走線的損耗會有差別嗎?也就是本文要去探討的核心內容了。
 
恩,我們按照M6級別的板材進行一個0.5oz和1oz的疊層,例如G-S-G的厚度的10mil,上面的厚度各5mil的情況下,我們算出分別的線寬大概是0.5oz的時候是4.8/9mil,1oz的時候是4.2/9mil?;旧蟿偤镁€寬少0.6mil,銅厚增加0.6mil的樣子。
我們對以上的結構做一個仿真,在20inch的長線的情況下,兩者的損耗對比是這樣的。
在20inch走線的情況下,我們標注了10GHz這個點,損耗差別了有1dB。說明兩者還是會有一定的區別,至于區別大不大,大家說了算哈,可能每個人的感覺不一樣。

高速先生腦洞開得大一點,假設再給出說明個2oz銅箔,其他條件都不變的情況下會怎么樣呢?雖然,做過高速PCB設計的工程師都知道,2oz銅箔作為高速線會被人笑SI。但是仿真是可以去嘗試去假設的嘛。于是我們增加同樣厚度情況下2oz的結構,線寬進一步縮小,大概是3.4/9mil,這是一個更高更瘦的走線。這個時候我們再仿真一下,把幾種情況對比,如下所示哈。
恩,還是呈正比的關系,銅厚越厚的情況下,雖然犧牲了線寬來保證阻抗,但是損耗也是會進一步降低哈。

而且我們還做了其他的一些條件的變化,例如不同損耗因子DF 板材的變換,不同的銅箔粗糙度的變換,發現走線的銅厚與損耗的變化依然是這個趨勢哈。


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