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如何构建具有可控阻抗的 Flex Stack-Up

  • 发表时间:2021-06-22 15:46:55
  • 来源:本站
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阻抗是电路对电流施加的限制的量度。它类似于电阻,但它也考虑了电感和电容的影响。柔性堆叠中的阻抗控制对于减少信号反射和实现可靠的信号完整至关重要。 

受控阻抗(CI) 是 PCB 导体及其相关参考平面中传输线的特征阻抗。当高频信号通过电路板走线传播时尤其需要它。 

为什么需要控制柔性 PCB 的阻抗?

在现代,柔性电路板变得更小、更快、更复杂。Flex 板通常用于高频应用,例如 RF 通信、电信、使用 100MHz 以上信号频率的计算、高速信号处理和高质量模拟视频,例如DDR、HDMI、千兆以太网等。

信号走线在信号路径上的每个点都有阻抗。如果该阻抗点与点不同,就会出现信号反射,其幅度取决于两个阻抗之间的差异。这种反射会以与信号相反的方向传播,这意味着反射信号会叠加在原始信号上。为了更好地理解受控阻抗读数,为什么受控阻抗真的很重要?

PCB 中的阻抗匹配是什么?

当涉及到柔性 PCB 设计时,阻抗匹配变得至关重要,因为它们通常用于高速应用。它是指将负载阻抗与传输线的特征阻抗相匹配。如果负载阻抗和特性阻抗相等,传输线中的反射就会被消除。这确保了原始信号的接收没有衰减

影响柔性电路板阻抗的因素

柔性阻抗控制可以通过改变 PCB 走线的物理尺寸和所用介电材料的特性来实现。以下是影响柔性 PCB 阻抗的因素。

走线的物理尺寸

  1. 走线高度 

  2. 走线顶面的宽度 

  3. 走线底面宽度 

  4. 走线顶部和走线底部的宽度差 

  5. 走线距地平面的高度

所用介电材料的介电特性

  1. 加入的介电材料的介电常数

  2. 走线和参考平面之间的介电高度

  3. 阻焊层或覆盖层的介电常数

柔性板的受控阻抗配置

用于柔性板阻抗控制的最常见配置是:

单端微带

如何构建具有可控阻抗的 Flex Stack-Up

用于柔性 PCB 的单端微带线

H1:走线和参考平面之间的电介质高度

W1:走线底面的宽度

W2:走线顶面的宽度

T1:走线的粗细

Er1:走线与参考平面之间的介电常数

这种配置在电路板叠层的外层具有由均匀导体(厚度和宽度)制成的传输线参考平面为在传输线上传输的信号提供电流返回路径单端微带线允许更薄的柔性结构,这也增加了灵活性并降低了总成本。

边缘耦合涂层差分微带线

如何构建具有可控阻抗的 Flex Stack-Up

用于柔性 PCB 的边缘耦合差分微带线

 H1:走线和参考平面之间的电介质高度

W1:走线底面的宽度

W2:走线顶面的宽度

T1:走线的粗细

S1:差分对的两条走线之间的间隔

C1、C2 和 C3:不同位置的覆盖层厚度

CEr:覆盖层的介电常数

当信号及其补码在两条独立的走线上传输时,称为差分信号。这些走线称为差分对走线以恒定的间距布线。具有边缘耦合差分对的主要优点之一是参考平面上的噪声对两条迹线来说都是共同的。这抵消了接收端的噪声。

单端带状线

如何构建具有可控阻抗的 Flex Stack-Up

用于柔性 PCB 的单端带状线

H1:第一个电介质的高度

H2:第二层电介质的高度

W1:走线底面的宽度

W2:走线顶面的宽度

Er1:第一电介质的介电常数

Er2:第二电介质的介电常数

T1:走线的粗细

它实现了多层 PCB 中两个地平面之间的信号走线高频信号的返回路径位于平面上信号走线的上方和下方。

边缘耦合差分带状线

如何构建具有可控阻抗的 Flex Stack-Up

用于柔性 PCB 的边缘耦合差分带状线

H1:第一个电介质的高度

H2:第二层电介质的高度

W1:走线底面的宽度

W2:走线顶面的宽度

Er1:第一电介质的介电常数

Er2:第二电介质的介电常数

T1:走线的粗细

S1:差分对的两条走线之间的间隔

这种配置具有夹在两个平面之间的两个受控阻抗迹线。它类似于单端带状线。唯一的区别是它有一对导体,它们之间以均匀的距离分开。

另请阅读,PCB 中的微带线和带状线有什么区别?

柔性 PCB 中的交叉阴影参考平面

交叉阴影铜平面用作柔性电路板中的参考平面。交叉影线平面如下图所示。

如何构建具有可控阻抗的 Flex Stack-Up

用于控制阻抗的柔性叠层中的交叉阴影铜平面

交叉影线导体宽度 (HW) 与交叉影线间距 (HP) 的比率在表征交叉影线平面时起着重要作用。如果该比例约为0.293,则可以实现50%的铜去除。该比率越小,要去除的铜的百分比越大。与刚性铜平面相比,柔性控制阻抗的唯一缺点是需要具有更高的控制阻抗值。

如何构建具有可控阻抗的 Flex Stack-Up

参考平面的剖面线间距和剖面线宽度

交叉影线参考平面意味着从平面上去除了很大比例的铜。它对柔性 PCB 中的受控阻抗有显着影响。交叉阴影平面不能为信号走线提供 100% 的屏蔽。交叉影线参考平面的主要目的是增加电路板的灵活性。

刚柔结合板的受控阻抗

如何构建具有可控阻抗的 Flex Stack-Up

4 层刚柔结合 PCB 堆叠

上图显示了典型的刚柔结合叠层。如图所示,柔性层(聚酰亚胺)放置在叠层的中心。因此,一旦进入刚性部分,柔性层中的阻抗走线需要从微带线(在柔性区)变为带状线。这可能需要更厚的柔性层结构以满足所需的阻抗值。

另请阅读,刚柔结合可降低电子产品组装成本

用于控制阻抗的 2 层和 3 层柔性堆叠

如何构建具有可控阻抗的 Flex Stack-Up

用于柔性阻抗控制的 2 层微带排列

 

如何构建具有可控阻抗的 Flex Stack-Up

用于柔性阻抗控制的 3 层差分带状线布置

柔性设计中的阻抗控制需要比标准柔性芯更厚的柔性芯,以实现所需的阻抗值。较厚的柔性芯会增加整体厚度并降低可弯曲性。

表面微带配置让位于尽可能最薄的柔性核心,提供最高程度的灵活性。带状线配置允许在走线的任一侧进行屏蔽。然而,这种配置显着增加了挠曲厚度,这反过来又降低了挠曲能力。

用于控制阻抗的柔性 PCB 材料

柔性板通常由聚酰亚胺基板制成。与刚性材料相比,这些基材提供较低的 Dk 值(3 到 3.5)。柔性材料的厚度始终保持均匀。这使它们成为柔性控制阻抗设计的理想选择。

有两种类型的聚酰亚胺材料:基于粘合剂的材料和无粘合剂的材料。无粘合剂和基于粘合剂的材料均可用于柔性 CI 设计。然而,由于其一致的结果,无粘合剂材料更适合高速应用。

Teflon 和 Teflon/Polyimide 混合材料等先进材料适用于高速应用。这些材料比聚酰亚胺材料贵。标准的无粘合剂聚酰亚胺材料满足受控阻抗设计要求,同时降低成本。Sierra Circuits 将杜邦材料 用于柔性 PCB。

受控阻抗是最大限度减少 PCB 中信号反射的关键因素之一。如果您想了解有关柔性 PCB 受控阻抗的更多信息,请在评论部分告诉我们。我们很乐意解决您的疑虑。要了解有关设计柔性板的更多信息,请下载下面提到的设计指南。