學(xué)技術(shù) | 基于 Semidrive X9H 主平臺的 轉(zhuǎn)接板 LVDS 計算阻抗匹配介紹

1 前言

Semidrive X9H 主平臺的轉(zhuǎn)接板 PCB 布線時，涉及了 LVDS 高速差分線，不僅要求信號線的正端和負(fù)端信號線寬及線間距保持一致，還需要對差分信號線進行阻抗控制?？刂撇罘中盘柧€的阻抗，對高速數(shù)字信號的完整性是非常重要的，因為差分阻抗直接影響信號帶寬、信號抖動和信號線上的干擾電壓，如果不進行控制，信號質(zhì)量會嚴(yán)重下降。所以在制版時需要計算差分信號的阻抗匹配，從而完成制版。

本文旨在通過SI9000 軟件來計算轉(zhuǎn)接板 LVDS 阻抗匹配做一個簡單的介紹。

2 Polar Si9000 特性阻抗計算

2.1 Polar Si9000 軟件安裝

解壓并運行exe啟動安裝進程。

exe 完成后桌面會生成 Shortcut to Si9000 快捷鍵，雙擊快捷鍵會彈出如下窗口，選擇第二個“Specify the License File”進入下一步。

圖2-1 SI9000 指定 License 文件

點擊“Browse”選擇安裝文件里的“l(fā)ic”文件，點擊 NEXT 。

圖2-2 SI9000 添加 “si9000_2038.lic”文件

Polar SI9000 軟件安裝成功，啟動并顯示主界面

圖2-3 SI9000 添加 “si9000_2038.lic”文件

2.2 了解 Polar Si9000 軟件界面

首先對 Si9000 界面有一個初步的了解，熟悉常用的幾個模板的使用，學(xué)會了模板，也就基本了解了阻抗匹配。

圖2-4 Si9000 軟件主界面介紹

Si9000 軟件設(shè)計參數(shù)：

H1 ---- 外層到次外層之間的介質(zhì)厚度。（PP 片或者板材，不包括銅厚）。

Er1 ---- 這里是PP的介電常數(shù)。（例如：板材4.5，P 片4.2）。

W1 ---- 阻抗線下線寬。成品線寬，也就是我們的畫圖設(shè)計走線寬度。

W2 ---- 阻抗線上線寬。走線頂端寬度，表示側(cè)蝕的意思，外層成品1oz的銅厚一般按1mil的側(cè)蝕量計算。

S1 ---- 阻抗線間距。

T1 ---- 阻抗線銅厚或成品銅厚=基板銅厚+電鍍銅厚。

C1 ---- 基材阻焊厚度。走線間的基材上的阻焊厚度，注意走線間隙一般比較小，容易產(chǎn)生溝壑效果，這里的阻焊厚度稍微厚一點。

C2 ---- 線面阻焊厚度(后加工)。

C3 ---- 基板上面的綠油厚度

CEr1 ---- 阻焊介電常數(shù)。

Zo ---- 需要的阻抗值。

2.3 Polar Si9000 常見的阻抗模型

在中低端的線路板中涉及的一般少一些，主要是雙面板、四層板、以及以上的層數(shù)的多層板。多層板的一般居多。阻抗一般分為6種：單端阻抗線、差分阻抗線、單端共面地阻線、差分共面地阻抗線、層間差分阻抗線、共模阻抗。

外層單端阻抗

外層差分阻抗

外層單端共面地阻抗

外層差分共面地阻抗

內(nèi)層單端阻抗 <兩面屏蔽>

內(nèi)層單端阻抗 <兩面屏蔽>

內(nèi)層單端共面地阻抗 <兩面屏蔽>

內(nèi)層差分共面地阻抗 <兩面屏蔽>

圖 2-5 常見的阻抗模型

3 X9H 主平臺計算 LVDS 阻抗匹配介紹

3.1 確定差分線的阻抗以及 PCB 板材參數(shù)

首先，查詢到 LVDS 差分線的特征阻抗是100Ω。在設(shè)計PCB時，需要按特定的參數(shù)布線，使得阻抗匹配到 100Ω 左右，否則會有信號反射，造成信號質(zhì)量下降。

其次，X9H 主平臺轉(zhuǎn)接板 LVDS 制版說明中定義了：板材 FR-4，TG150；板厚 1.6mm；銅箔厚度：內(nèi)層1 oz，外層0.5 + Plating oz；最小線寬8 mil；最小線距6 mil；最小孔徑10 mil。

四層板1.6mm厚度的 PCB 層疊參數(shù)如下：

圖3-1 四層板1.6mm厚度的 PCB 層疊參數(shù)

從上圖中可以看出，我們轉(zhuǎn)接板 LVDS 是四層板，2116+1080疊層結(jié)構(gòu)，板材的介電常數(shù)為4.2，頂層/底層和相鄰的中間層間距是0.1mm（約4mil），頂層銅厚度為0.035mm（約1.4mil），另外還有一些阻焊的參數(shù)，有了這些參數(shù)，就可以在 SI9000中計算布線的參數(shù)了。

3.2 LVDS 差分阻抗匹配參數(shù)計算

LVDS 差分阻抗匹配打開 SI9000 后，選擇差分對的微帶線模型，這個模板含義是信號線與 GND 層相鄰，并且信號上蓋有綠油。

圖3-2差分對的微帶線模型選擇

圖3-3阻抗匹配計算步驟

在計算阻抗前，我們先要了解清楚幾個參數(shù)，疊層參數(shù)，及板廠的板材，介電常數(shù)，綠油，PP 片厚度等參數(shù)。

首先常用的 PP 有：106=0.05MM=1.96mil，1080=0.07MM=2.75mil，2116=0.12MM=4.72mil，7628=0.19MM=7.4mil。根據(jù)板廠提供的板材確定介質(zhì)厚度。

其次常用 FR4 芯板厚度有：2.4MIL，4mil，6mil，6.5mil，5.12mil，9.1mil，10mil，10.43mil，13miil，14.37mil等等厚度。不同的FR4芯板的介質(zhì)也是不同的，常見的有4.2，4.4，4.5，這些差數(shù)只能通過板廠得知。

圖3-4 轉(zhuǎn)接板 LVDS 阻抗計算

3.3 特性阻抗的關(guān)鍵和方法：

在高速電路中，如 USB、HDMI、DDR、LVDS 設(shè)計中往往要注意阻抗匹配問題，高頻信號在傳輸線中傳播時所遇到的阻力稱為特性阻抗，包括容抗，感抗，阻抗。為了保證信號在傳輸過程中不發(fā)生反射現(xiàn)象，信號盡量保持完整，降低傳輸損耗，要對印刷電路板進行阻抗匹配。阻抗匹配的目的主要在于傳輸線上所有高頻微波信號都能達到負(fù)載點，不會有信號反射回源頭。其中通常情況下，USB/DDR 的阻抗值保持在90Ω±10%。HDMI/LVDS 保持在100Ω±10%。

影響阻抗的關(guān)鍵因素主要有：線寬(W)，線距(S)，線厚(T)，介質(zhì)常數(shù)(Dk/Er)，介質(zhì)厚度(H)，那么阻抗和線寬(W)，線距(S)，線厚(T)，介質(zhì)常數(shù)(Dk/Er)成反比，和介質(zhì)厚度(H)成正比。

阻抗匹配的方法：1.憑經(jīng)驗值；2.交給PCB廠商；3.結(jié)合SI9000進行系統(tǒng)的理論計算。