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      如何选择高速板材(下)

      来源:一博科技 时间:2014-10-24 类别:SI仿真分析文章

      3. 高速板材选择实例

      选择合适的板材主要有如下的考虑:
      1)可制造性; 
      2)与产品匹配的各种性能(电气、稳定性等);
      3)材料的可及时获得性/Time To Market;
      4)成本因素/Cost;
      5)法律法规的适用性等;
      常用的高速板材有如下一些:
      1)Rogers RO4003/RO3003/RO4350(PTFE)等
      2)Tuc 862/872SLK/872SLK-SP/883/933等
      3)Panasonic Megtron4/Megtron6等
      4)Isola FR408HR等
      5)Park-Nelco N4000-13,N4000-13EPSI等
      6)ITEQ  IT180、IT200等
            当然还有很多其他的板材,在此就不一一举例了,每种材料都有各自的优缺点,由于篇幅有限也不在此讨论各种材料的优缺点了。上面的Tuc862严格意义上来说并不算高速板材,只是它的参数介于低损耗和普通损耗之间,而价格和普通损耗的材料差异不大,被很多主流公司用来作为降成本的一种方案。
            如下是一个简单的板材选择案例,需满足以下的一些基本需求:
            高速信号部分有12.5Gbps Interlaken信号、QPI、PCIE3和10.3125Gbps到光口信号;高速信号损耗要求:-0.8dB/inch@4GHz,-1.6dB/inch@8GHz;差分信号阻抗控制有85ohm、90ohm和100ohm(线宽、线间距固定);4通道DDR4信号;小电压大电流的电源较多,其中0.9V电源最大电流80A;板厚小于2.8mm,6万多Pin的板需要在2个月内完成设计并制板且保证性能。
            时间紧迫,第一步就是要先确定使用什么材料才能确定叠层,选择材料的第一原则当然是性价比及交期的考量。我们如果选择普通的板材,Dk/Df为4.2/0.022时仿真的损耗结果如下图所示。

       
      图21
            从图21可知用普通材料损耗已经超出了标准,需要用比普通损耗级别更低的中、低损耗材料才能满足要求了。
      上面提到过Tu862中损耗材料,从损耗角度来看应该是可以满足要求,但还要看是否能满足阻抗要求,下面图22为阻抗计算的结果。

        
       图22
             由上面计算结果可知,虽然Tu862从损耗角度能满足要求,但本案例为了满足交期已经固定了线宽,从计算的结果显示需要一个Dk更小的材料才能满足阻抗要求,最后综合各种材料的特性及交期考虑,我们选择了Tu872slk sp(Dk/Df为3.5/0.008,交期正常为2周,其他高速板材正常交期大于2周),重新计算阻抗及损耗结果如下图23和图24所示。
       
       图23
       
       图24
            至此,在满足阻抗和损耗要求、叠层及可加工性后,最终的材料可以确定了,在设计初步定稿后,我们提前通知板厂备料(因为交期和库存原因一般高速板材都需要提前通知备料的),最终在规定的时间内完成了设计及制板,目前已经全部调试通过。

      4. 结论

           在实际的工程操作中,高速板材的选择看似简单但需要考虑的因素还是非常多的,通过本文的介绍,作为PCB设计工程师或者项目负责人,如果对板材的特性及选择有一定的了解,那么无疑就是对项目的把控如虎添翼。下面是一些针对高速板材选择的建议:
       1)了解板材属性 
           2)使用合适板材搭建合理层叠 
           3)通知板厂提前备料,并确认叠层的可实现性 
           4)当信号速率高,走线长,对损耗有要求的设计,使用普通材料已经没有裕量或者裕量不多时,请考虑选择高速板材
           5)闭环验证 
           最后,使用高速板材(高速设计)需要考虑的因素总结如下:
            1)低损耗、耐CAF/耐热性及机械韧(粘)性(可靠性好)
            2)稳定的Dk/Df参数(随频率及环境变化系数小)  
            3)材料厚度及胶含量公差小(阻抗控制好) 
            4)低铜箔表面粗糙度(减小损耗) 
            5)尽量选择平整开窗小的玻纤布(减小skew和损耗) 
            6)用一般的制程即可加工(加工性好) 
            7)材料可及时获得性
            8)环保要求
            以上的结论为一般的通用建议,具体情况需要具体分析,针对不同设计需要不同的材料,在高速设计里不能一概而论,除了靠经验之外,仿真也能帮助我们更精确的判断设计需要具体哪种材料。

      如何选择高速板材系列文章:
      如何选择高速板材(上)
      如何选择高速板材(中)


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