阻抗分析及计算课件

阻抗控制設計與運用TAPOWER/GROUNDSIGNALWSIGNALWTAADPOWER/GROUNDPOWER/GROUND在磁場區裡之條線(STRIPLINE)磁場靜電場*注意:當電流流動時其磁場就產生.當有電壓時其靜電場就產生.*注意:當電流流動時其磁場就產生.當有電壓時其靜電場就產生.NoiseSourceinanEcl.BasedSystem(34%)(5%)(16%)(5%)(16%)(7%)(8%)(9%)TotalofAllNoiseSources=224mVAvailableNoiseBudget=125mV ExcessNoise=99mV 阻抗控制需求決定條件

工作頻率(影響risetime)

傳輸線之長度(造成propagationdelay)

所以工作頻率越高,傳輸線過長需考慮作阻抗控制.

所以工作頻率越高,傳輸線過長需考慮作阻抗控制.WhenisReflectionImportant?

Reflectionscanusuallybeignoredwhentherisetimeofasignalisslowrelativetopropagationdelay

Ruleofthumb-Whentherisetimeisshorterthanabout8timesthepropagationdelay,transmissionlineeffectsbecomesignificant.Thatis,ifRiseTimePropagationDelay≦8RiseTimeandPropagationDelayExamples#1-

10Nsrisetime(typicalTTL)-

1Nsinterconnectdelay(~6inches)10ns1nsNoProblemRiseTimeandPropagationDelayExamples#2-

0.5Nsrisetime(ECLoradvancedCMOSLogic)-

1Nsinterconnectdelay(~6inches)Reflectionoccuratanyrisetime,however,atslowerrisetimestheynotbesignificantinthecircuit0.5ns1nsReflection阻抗匹配之三個要素

輸出阻抗(原始主動零件)特性阻抗(訊號線)輸入阻抗(被動零件)阻抗匹配(ImpedanceMatch)sourceP.C.B.LOAD阻抗匹配之三個要素阻抗匹配之三個要素名詞定義:何謂“特性阻抗值”

(CharacteristicImpedance,ZO)所用單位為歐姆(ohm;Ω)

.電子機器傳輸訊號線中,其高頻訊號或電磁波傳播

時所遭遇的阻力稱之為特性阻抗.

與其電感及電容都有關係,即

Zo=√L/CL:電感C:電容名詞定義:

信號層介於兩個solidplane(Voltage或Ground)之間,可達到較佳之幅射防制,但只能用在較低之傳輸速度.因信號層介於兩個solidplanes之間,兩平面間會有電容性耦合,導致降低高速信號之邊緣速率(edgerate),Stripline

之電容耦合效應在邊緣速率快於1ns之信號上較為顯著.使用Stripline的主要效應是對內部trace之RF能量之完整屏蔽,因而對射頻幅射有較佳之抑制能力.何謂“條線式”(Stripline)?STRIPLINESIGNALWTAADPOWER/GROUNDPOWER/GROUNDSIGNALWTADPOWER/GROUNDPOWER/GROUNDASTRIPLINE名詞定義:何謂“介質常數”?

(DielectricConstant)

某一介質材料的電容ε,與相同條件下以真空為介質之電容εo,兩者之比值(ε/εo)

稱為該材料的介質常數DielectricConstant,又稱透電率Permittivity.日文名詞為誘電率.在傳訊頻率1MZ下,傳統FR-4

基材之介質常數為4.5.每降低10%的Dk值,可以達成大約5%特性阻抗的提升.名詞定義:何謂“時域反射器”(TimeDomainReflectometry)?(簡稱TDR)

利用將入射波發出後,使所產生反射波的大小,與時間之關係,對不同長度的未知導體(包括一般的電纜線,電路板內的訊號線或是任何具特性阻抗的導線),量測其阻抗變化的一種裝置.

自主機延著所引出的傳輸線中,發射出一種“電壓“式的階梯波.該纜線係阻抗值為50Ω的精密同軸傳輸線,將以兩探針式的接點與PCB板邊測樣(COUPON)之特定通孔接觸,分別連接訊號層與接地層,對其訊號線進行“特性阻抗”值的量測.一旦訊號線中存在任何“缺陷”(如線路中的缺口,突出,針孔,壓痕…),導致特性阻抗值變化時,均將產生反射,而在波形上出現不穩之起伏,於是可測到阻抗值變化,及接收此階梯波並有顯示和分析功能的示波器.二.阻抗之類別:

特性阻抗(CharacteristicImpedance)

差動阻抗(DifferentialImpedance)

共模阻抗(CommonModeImpedance)

奇模阻抗(OddModeImpedance)

偶模阻抗(EvenModeImpedance)(=1/2倍特性阻抗;=1/2倍差動阻抗)(=2倍共模阻抗)("當二導體與其大地絕緣後,彼此之間的阻抗")("二導線間的量測阻抗")(“將兩導線連接在一起時,導線對大地之間的阻抗關係")(“當兩導線做差動使用時,任一導線對大地之間的阻抗")(“當兩導線用來傳輸兩完全相同且極性一致的信號時,其任一導線對大地之間的阻抗")阻抗影響之因素*

A.介質常數(Dk):

由原物料決定.*B.線路厚度(T):

由原物料或製程能力決定(PLATING)*C.線寬(W):

由製程能力決定(A/W,D/FIMAGE,ETCH…..)*D.層間絕緣厚度(H):

由製程能力決定(PREPREG厚度,殘銅率)阻抗計算公式MICRO-STRIPLINETAPOWER/GROUNDSIGNALW1Applications:LogicPCB,RF,MicrowaveCircuits87√εr+1.41Ln[]5.98*A0.8W+TZo=EMBEDEDMICRO-STRIPLINEPOWER/GROUNDSIGNALWTDA2用途:LogicPCB87√εr+1.41Ln[]5.98*A0.8W+TZo=εr=ε[1-exp(-1.55D/A)]

MS_介電常數(εr)4.1000

MS_線路寬度(W)0.0055

MS_電鍍銅厚度(T)0.0020

MS_P.P厚度(A)0.0052

MS_阻抗值(Zo)58.589

EM_介電常數(εr)4.1000

EM_線路寬度(W)0.0055

EM_線路銅厚度(T)0.0012

EM_P.P厚度(A)0.0040

EM_P.P厚度(D)0.0090

EM_阻抗值(Zo)54.4370.1<W/A<3.01.0<εr<150.1<W/A<3.01.0<εr<15阻抗計算公式DUALSTRIPLINEPOWER/GROUNDSIGNALSIGNALWTTAABPOWER/GROUND3用途:LogicPCBSTRIPLINESIGNALWTAADPOWER/GROUNDPOWER/GROUND4用途:LogicPCB,RFCircuits,Microwave60√εrLn[]4D0.67π(0.8W+T)Zo=Ln[]x[1-]Zo=1.9(2A+T)(0.8W+T)4(A+B+T)87√εrA

ST_介質常數(εr)4.1000

ST_線路寬度(W)0.0060

ST_電鍍銅厚度(T)0.0013

ST_P.P厚度(D)0.0220

ST_阻抗值(ZO)57.035

DS_介電常數(εr)4.1000

DS_線路寬度(W)0.0050

DS_線路銅厚度(T)0.0012

DS_P.P厚度(B)0.0250

DS_P.P厚度(A)0.0050DS_阻抗值(Zo)53.442阻抗量測之coupon設計0.100"0.100"6.0"~12.0"6.0"(TYP.)WWEIP/N:XXXXXXXXX2IMPEDANCE:XX±XΩ護衛路徑(GuardTrace)

接地孔(內層Gnd/Vcc作ThermalPad)>W(線寬)信號線線寬(W)信號孔(內層Gnd/Vcc作隔離0.010"以上)圖案一(Termination)建議採用此種方式*注意:1.兩GND及POWER之間所加之訊號線邊之護衛路徑,不可遮蔽到GND及POWER之間任一層SIGNALTRACE.2.相鄰信號層之最近GND或POWER層為阻抗量測之接地參考層阻抗設計COUPON(4層板)L2(GROUND)L3(POWER)L2L4L1L3L2L1L4SIGNALGROUNDCOMP.SIDEL3SOLD.SIDEL2L4L1L3L2L3L4L1SIGNALGROUNDLAMINATECONSTRUCTIONS(mm)(mil)

CONSTRUCTIONS

CONSTRUCTIONSNan-YaEMC0.7531080*10.1041080*20.1142116*12116*10.1351080*22116*10.1561506*10.1662112*21080*20.1871506*17628*10.2082116*22116*20.2187628*17628*10.25102116*2+1080*10.26102116*22116*20.30122116*37628*1+1080*20.35147628*27628*20.38157628*27628*20.45187628*2+1080*17628*2+1080*1BoardThicknessBoardThicknessDIELECTRICCONSTANTSANDWAVEVELOCITIESOFPCBMATERIALSMATERIALerVELOCITY(in/nSEC)A