【PCB设计特别篇之阻抗计算】还在用SI9000进行阻抗计算?

        有了叠层信息后,才可以进行阻抗计算,走线阻抗与线宽、线距、介质厚度、绿油厚度、介质介电常数、铜箔厚度等一些信息相关,所以要现有叠层,才能进行阻抗计算。

        阻抗计算的工具有很多,下面介绍几种:

        1、SI9000,这是一款传统的阻抗计算工具,优点是功能全、模型多、计算结果较准确,有些工厂也用这个,缺点是要手动填入所选走线模型的各项数据,不是很友好。

        功能一:点选下方标签Lossless calculate,这里指无损计算,不考虑信号频率的影响,只是计算走线阻抗就用这一项。可以用来计算不同走线模型下的走线阻抗,也可以在预置阻抗要求下,反算线宽、介质厚度、绿油厚度等参数。

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        功能二:frequency dependent calculation,频率相关的计算,可以用来分析相关走线模型下不同信号频率的衰减,填入走线长度、走线电导率、损耗角正切、信号上升时间、频率范围后,点击calculate,下面就会生成此模型下的在一段频率范围内的衰减曲线。其中smooth conductor loss:光滑导体损耗,dielectric loss:介质损耗,smooth attenuation,光滑导体衰减,conductor loss with roughness:粗糙导体损耗,attenuation with roughness:粗糙导体衰减。这里光滑导体衰减=光滑导体损耗+介质损耗,粗糙导体衰减=粗糙导体损耗+介质损耗。另外信号传输还有一部分辐射损耗,这部分能量很小,这里忽略。

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        功能三:sensitivity analysis,敏感分析,可以分析不同参数变化时,对应阻抗的变化,如下图所示为介质厚度变化时,对应的阻抗变化。变化参数可以选择模型中所有标示出来的任一参数,当然通常在设计中,绿油厚度(IPC有三级标准,一级为目视全覆盖,二级为0.4mil,三级为0.7mil,厂家做出来通常为0.4~0.8都有,计算的时候可以设置为0.5mil)、介质介电常数(通常PP的介电常数Er为4.2)、铜厚(通常表层走线1Oz,即1.4mil,内层走线0.5Oz,即0.7mil)是已知固定的,随设计变化的有线宽、线距、介质厚度。

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        还可以设置在固定阻抗条件下,计算其他参数的对应关系。如下图所示为阻抗固定位75欧姆时,线宽和介质厚度的对应关系:

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        功能四:Via check,过孔检查,这里有两项功能,一是可以检查当前信号速率下(或频率、上升时间),过孔的stub长度是否能满足要求,如果满足,左边图上的stub部分是绿色的,如果stub变长,右边的图上会有从绿色到黄色最后到红色的变化,设计时要确保是绿色的。二是可以查看过孔的阻抗,填入孔径、反焊盘直径、内层介电常数就会自动生产阻抗值,设计时要保证此阻抗与走线阻抗的连续性。

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        下面介绍这款软件的走线模型:

        从左到右依次为:

        单端走线、差分走线、无参考层差分走线、共面单端走线(就是走线旁边包地,以旁边的地铜皮为参考)、盖绿油的共面单端走线、内层共面单端走线、有参考层的内层共面单端走线、共面差分走线、盖绿油的共面差分走线、内层共面差分走线、有参考层的内层共面差分走线、参考层挖空的共面单端走线、参考层挖空的共面差分走线,这些具体什么含义,大家点开软件对着图形一看便知。

        对于常规的多层板设计,常用模型一般也就以下几种:

        1、单端盖绿油的微带线。填写右边表中的参数,叠层选定后,介质厚度H1、介质介电常数Er1、走线厚度T1、绿油厚度C1 C2、绿油介电常数CEr是确定的,可以通过设置线宽来计算阻抗,也可以通过设置阻抗来反算线宽。

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        2、差分盖绿油微带线,参数和上面类似,多了个差分线距。

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        3、单端带状线。相对单端微带线多了层介质和参考层。

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        4、差分带状线。

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        其他模型不列举了,大家根据实际情况进行选择即可。

        SI9000的阻抗计算就介绍到这里,软件的其他详细功能后面有需要再详细摸索。

        2、华秋DFM。这款软件同样集成了不少功能,也可以进行阻抗计算,只不过模型没有SI9000多,但用来设计估算也基本够用了。

        假设我们现在已经用此软件叠了一个假8层的结构,阻抗列表里随便填了一些阻抗需求,点击每一层的阻抗需求,左下角就会出现相应的模型,此模型下的各项参数也会自动带出,这里不需要像SI9000那样去手动填。

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        点击选中每一层的阻抗需求,在最下面的方框中填入目标阻抗,点击反算,软件就能计算出走线宽度,如果是差分走线,可以先预设线距,再反算线宽,也可以先预设线宽,再反算线距。也可以填入线宽线距,然后计算阻抗值。

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        3、嘉立创的网页版阻抗计算神器。网页为:嘉立创阻抗计算。一般板厂都会有类似的阻抗计算工具。填入板厚、层数这些信息,添加好需要的阻抗,点击计算,此工具会自动计算出各层线宽,并推荐几种层叠结构。这种方法的逻辑是反的,且该工具无法推荐出假8层的层叠。一般情况下,我建议是先有层叠结构,然后再在此结构上去计算线宽。

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        4、阻抗和叠层设计还有其他工具,比如ICD stackup planner,私人开发的allegro skill工具等等,不一一介绍,大家可以自行去探索。

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