掌握了這個(gè)分析方法，實(shí)現(xiàn)傳輸線阻抗5%的加工公差不是夢(mèng)！
發(fā)布時(shí)間：2024-03-25 17:02
高速先生成員--黃剛
傳輸線阻抗控制對(duì)系統(tǒng)性能的重要性不言而喻，每一家的PCB加工板廠都在往能控制更嚴(yán)格的阻抗公差這個(gè)目標(biāo)而不斷努力。但是我們也知道，傳輸線阻抗的控制公差其實(shí)會(huì)受到PCB結(jié)構(gòu)本身的因素影響，就好像下面這張PCB差分線的切片圖一樣，至少有6、7個(gè)參數(shù)影響傳輸線的阻抗，例如線寬、線間距、上介質(zhì)厚度、下介質(zhì)厚度、銅厚、板材的介電常數(shù)等。它們共同決定了這對(duì)差分線的阻抗，他們的控制公差決定了差分線阻抗的公差！
今天，高速先生這篇文章想走個(gè)高端路線，我們來研究下上面提到的所有影響傳輸線阻抗的參數(shù)里，到底能不能比較定量的給他們排個(gè)序，看看到底哪個(gè)因素的控制公差對(duì)加工出來的傳輸線阻抗的公差影響最大呢。這算不算是一個(gè)比較有意思的研究方向？
我們一起來看看高速先生最近做的測(cè)試板的案例，我們做的是一個(gè)USB的測(cè)試夾具，PCB設(shè)計(jì)如下所示：
為了保證高頻的性能，我們使用1到2的激光孔工藝，然后走線就在L2層了。由于板厚比較薄，也就是L2層的上下層介質(zhì)厚度也很薄，因此我們L2層的線寬自然就設(shè)計(jì)得很細(xì)了。
疊層和L2層的線寬線距就是下面這個(gè)樣子了。上下層厚度也就3mil多的樣子，差分阻抗控制85歐姆情況下，線寬也是3mil多點(diǎn)。順便提一下，板材是中等損耗板材，介電常數(shù)DK在3.8左右。
然而我們也知道，阻抗加工肯定是有偏差哈，板廠一般是保證10%的阻抗偏差，嚴(yán)格的話可能就是8%的阻抗偏差。下圖是該項(xiàng)目最終加工完成進(jìn)行阻抗測(cè)試的傳輸線結(jié)果。
其實(shí)能看到，同一塊板上的長(zhǎng)線和短線的阻抗都很好的滿足8%的阻抗偏差（其實(shí)已經(jīng)接近5%了），這一組差分線的阻抗其實(shí)已經(jīng)加工得非常的好了！
那回過頭我們?cè)龠M(jìn)行下理論的分析。根據(jù)板廠給出的疊層，我們通過仿真軟件進(jìn)行阻抗的仿真，的確能看到阻抗的中值就在85歐姆，以下是線長(zhǎng)2inch情況下的傳輸線阻抗仿真結(jié)果。
那么要怎么來研究上述的參數(shù)對(duì)阻抗的影響度呢？我們可以用相關(guān)仿真軟件的容差分析控件，俗稱DOE分析來進(jìn)行研究。這個(gè)控件主要就是分析如果每個(gè)參數(shù)都有一定的偏差時(shí)，對(duì)整體阻抗結(jié)果的偏差度影響是怎么樣的，同時(shí)也能得到每個(gè)參數(shù)對(duì)后面結(jié)果的影響比例！是不是聽起來就有點(diǎn)意思呢？
我們先用一張傳輸線的結(jié)構(gòu)圖來說明這個(gè)案例中的參數(shù)情況，如下：
其中根據(jù)板廠給出的疊層，每個(gè)參數(shù)的中值分別為：線寬W=3.4mil，線間距S=8mil，上介質(zhì)厚度（加銅厚）H1=4.4mil，下介質(zhì)厚度H2=3.2mil，銅厚T=1.2mil，板材的介電常數(shù)DK=3.8，那我們就開始進(jìn)行DOE的仿真。原理也很簡(jiǎn)單，我們分別把上面的6個(gè)變量參數(shù)都設(shè)置允許10%左右的誤差，我們來看看進(jìn)行DOE仿真后，每個(gè)參數(shù)對(duì)最后阻抗結(jié)果的貢獻(xiàn)比例是多少！
好！我們來看看在這個(gè)case下的DOE仿真結(jié)果，就是下面的這張圖：
高速先生來解釋一下這張圖來表達(dá)的意思哈！首先左邊表格給出的是不同變量的同樣誤差改變下對(duì)后面?zhèn)鬏斁€阻抗的影響比例。例如線寬W的誤差改變，會(huì)占到17.5%左右的比重；介電常數(shù)DK也會(huì)有15.8%的影響；銅厚T也占到了11.3%左右。另外還有一些參數(shù)可能是互相有影響的，因此結(jié)果也一并來考慮。例如線寬W和上介質(zhì)厚度H1加起來的影響為4.3%。
很多朋友之前是不是沒想過從這個(gè)角度出發(fā)來分析呢？這個(gè)分析其實(shí)意義還是很重大的，它可以很清晰的給出哪個(gè)參數(shù)的影響是最大，在加工過程中可能就需要重點(diǎn)去管控這個(gè)因素，這樣的話其實(shí)就對(duì)最終的阻抗公差有更好的把握。另外也需要知道的是，不同的疊層，不同的線寬線距時(shí)，每個(gè)參數(shù)的影響度的DOE分析結(jié)果肯定是不一樣的，可能在A項(xiàng)目中線寬的影響最大，但是在B項(xiàng)目中可能就變成了介質(zhì)厚度的影響最大了。因此需要針對(duì)你們實(shí)際產(chǎn)品的情況去做具體分析了哈。
最后問一句，這個(gè)方法大家get到了嗎？
本期提問
如果用文章中的例子讓你分析下?lián)p耗情況，你覺得損耗和哪些參數(shù)有關(guān)，哪些參數(shù)的影響度最大呢？
