隨著PCB信號(hào)切換速度不斷增長(zhǎng)，當(dāng)今的PCB設(shè)計(jì)廠商需要理解和控制PCB跡線的阻抗。相應(yīng)于現(xiàn)代數(shù)字電路較短的信號(hào)傳輸時(shí)間和較高的時(shí)鐘速率，PCB跡線不再是簡(jiǎn)單的連接，而是傳輸線。
在實(shí)際情況中，需要在數(shù)字邊際速度高于1ns或模擬頻率超過(guò)300Mhz時(shí)控制跡線阻抗。PCB跡線的關(guān)鍵參數(shù)之一是其特性阻抗（即波沿信號(hào)傳輸線路傳送時(shí)電壓與電流的比值）。印制電路板上導(dǎo)線的特性阻抗是
電路板設(shè)計(jì)的一個(gè)重要指標(biāo)，特別是在高頻電 路的PCB設(shè)計(jì)中，必須考慮導(dǎo)線的特性阻抗和器件或信號(hào)所要求的特性阻抗是否一致，是否匹配。這就涉及到兩個(gè)概念：阻抗控制與阻抗匹配，本文重點(diǎn)討論阻抗控制和疊層設(shè)計(jì)的問(wèn)題。
阻抗控制：
阻抗控制(eImpedance Controling)，線路板中的導(dǎo)體中會(huì)有各種信號(hào)的傳遞，為提高其傳輸速率而必須提高其頻率，線路本身若因蝕刻，疊層厚度，導(dǎo)線寬度等不同因素，將會(huì)造成阻抗值得變化，使其信號(hào)失真。故在高速線路板上的導(dǎo)體，其阻抗值應(yīng)控制在某一范圍之內(nèi)，稱為“阻抗控制”。
PCB跡線的阻抗將由其感應(yīng)和電容性電感、電阻和電導(dǎo)系數(shù)確定。影響PCB走線的阻抗的因素主要有：銅線的寬度、銅線的厚度、介質(zhì)的介電常數(shù)、介質(zhì)的厚度、焊盤的厚度、地線的路徑、走線周邊的走線等。PCB阻抗的范圍是 25 至120 歐姆。
在實(shí)際情況下，PCB傳輸線路通常由一個(gè)導(dǎo)線跡線、一個(gè)或多個(gè)參考層和絕緣材質(zhì)組成。跡線和板層構(gòu)成了控制阻抗。PCB將常常采用多層結(jié)構(gòu)，并且控制阻抗也可以采用各種方式來(lái)構(gòu)建。但是，無(wú)論使用什么方式，阻抗值都將由其物理結(jié)構(gòu)和絕緣材料的電子特性決定：
信號(hào)跡線的寬度和厚度；
跡線兩側(cè)的內(nèi)核或預(yù)填材質(zhì)的高度；
跡線和板層的配置；
內(nèi)核和預(yù)填材質(zhì)的絕緣常數(shù)。
PCB傳輸線主要有兩種形式：微帶線（Microstrip）與帶狀線（Stripline）。
微帶線（Microstrip）：
微帶線是一根帶狀導(dǎo)線，指只有一邊存在參考平面的傳輸線，頂部和側(cè)邊都曝置于空氣中（也可上敷涂覆層），位于絕緣常數(shù) Er 線路板的表面之上，以電源或接地層為參考。如下圖所示：
注意：在實(shí)際的PCB制造中，板廠通常會(huì)在PCB板的表面涂覆一層綠油，因此在實(shí)際的阻抗計(jì)算中，通常對(duì)于表面微帶線采用下圖所示的模型進(jìn)行計(jì)算：
帶狀線（Stripline）：
帶狀線是置于兩個(gè)參考平面之間的帶狀導(dǎo)線，如下圖所示，H1和H2代表的電介質(zhì)的介電常數(shù)可以不同。
上述兩個(gè)例子只是微帶線和帶狀線的一個(gè)典型示范，具體的微帶線和帶狀線有很多種，如覆膜微帶線等，都是跟具體的PCB的疊層結(jié)構(gòu)相關(guān)。
用于計(jì)算特性阻抗的等式需要復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算，通常使用場(chǎng)求解方法，其中包括邊界元素分析在內(nèi)，因此使用專門的阻抗計(jì)算軟件SI9000，我們所需做的就是控制特性阻抗的參數(shù)：
絕緣層的介電常數(shù)Er、走線寬度W1、W2（梯形）、走線厚度T和絕緣層厚度H。
對(duì)于W1、W2的說(shuō)明：
此處的W=W1，W1=W2.
規(guī)則：W1=W-A
W—-設(shè)計(jì)線寬
A—–Etch loss (見上表)
走線上下寬度不一致的原因是：PCB板制造過(guò)程中是從上到下而腐蝕，因此腐蝕出來(lái)的線呈梯形。
走線厚度T與該層的銅厚有對(duì)應(yīng)關(guān)系，具體如下：
銅厚：
|
COPPER THICKNESS |
|
Base copper thk
|
For inner layer |
For outer layer |
|
H OZ
|
0.6mil |
1.8mil |
|
1 OZ
|
1.2MIL |
2.5MIL |
|
2 OZ
|
2.4MIL |
3.6MIL |
綠油厚度：
*因綠油厚度對(duì)阻抗影響較小，故假定為定值0.5mil。
我們可以通過(guò)控制這幾個(gè)參數(shù)來(lái)達(dá)到阻抗控制的目的，下面以安維的底板PCB為例說(shuō)明阻抗控制的步驟和SI9000的使用：
底板PCB的疊層為下圖所示：
第二層為地平面，第五層為電源平面，其余各層為信號(hào)層。
各層的層厚如下表所示：
|
Layer Name |
Type |
Material |
Thinkness |
Class |
|
|
SURFACE |
AIR |
|
|
|
TOP |
CONDUCTOR |
COPPER |
0.5 OZ |
ROUTING |
|
|
DIELECTRIC |
FR-4 |
3.800MIL |
|
|
L2-INNER |
CONDUCTOR |
COPPER |
1 OZ |
PLANE |
|
|
DIELECTRIC |
FR-4 |
5.910MIL |
|
|
L3-INNER |
CONDUCTOR |
COPPER |
1 OZ |
ROUTING |
|
|
DIELECTRIC |
FR-4 |
33.O8MIL |
|
|
L4-INNER |
CONDUCTOR |
COPPER |
1 OZ |
ROUTING |
|
|
DIELECTRIC |
FR-4 |
5.910MIL |
|
|
L5-INNER |
CONDUCTOR |
COPPER |
1 OZ |
PLANE |
|
|
DIELECTRIC |
FR-4 |
3.800MIL |
|
|
BOTTOM |
CONDUCTOR |
COPPER |
0.5 OZ |
ROUTING |
|
|
SURFACE |
AIR |
|
|
說(shuō)明：中間各層間的電介質(zhì)為FR-4，其介電常數(shù)為4.2；頂層和底層為裸層，直接與空氣接觸，空氣的介電常數(shù)為1。
需要進(jìn)行阻抗控制的信號(hào)為：
DDR的數(shù)據(jù)線，單端阻抗為50歐姆，走線層為TOP和L2、L3層，走線寬度為5mil。
時(shí)鐘信號(hào)CLK和USB數(shù)據(jù)線，差分阻抗控制在100歐姆，走線層為L(zhǎng)2、L3層，走線寬度為6mil，走線間距為6mil。
對(duì)于計(jì)算精度的說(shuō)明：
1、對(duì)于單端阻抗控制，計(jì)算值等于客戶要求值；
2、對(duì)于其他特性阻抗控制：
對(duì)于其它所有的阻抗設(shè)計(jì)(包括差別和特性阻抗)
*計(jì)算值與名義值差別應(yīng)小于的阻抗范圍的10%：
例如：客戶要求：60+/-10%ohm
阻抗范圍=上限66-下限54=12ohms
阻抗范圍的10%=12X10%=1.2ohms
計(jì)算值必須在紅框范圍內(nèi)。其余情況類推。
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