PCB的阻抗设计

PCB的阻抗设计1、阻抗的定义:在某一频率下，电子器件传输信号线中，相对某一参考层，其高频信号或电磁波在传播过程中所受的阻力称之为特性阻抗，它是电阻抗，电感抗，电容抗……的一个矢量总和。当信号在PCB导线中传输时，若导线的长度接近信号波长的1/7，此时的导线便成为信号传输线，一般信号传输线均需做阻抗控制。PCB制作时，依客户要求决定是否需管控阻抗，若客户要求某一线宽需做阻抗控制，生产时则需管控该线宽的阻抗。当信号在PCB上传输时，PCB板的特性阻抗必须与头尾元件的电子阻抗相匹配，一但阻抗值超出公差，所传出的信号能量将出现反射、散射、衰减或延误等现象，从而导致信号不完整、信号失真。2、计算阻抗的工具：目前大部分人都用Polar软件：PolarSi8000、Si9000等。常用的软件阻抗模型主要有三种:（1）特性阻抗，也叫单端阻抗；（2）差分阻抗，也叫差动阻抗；（3）共面阻抗，也叫共面波导阻抗，主要应用于双面板阻抗设计当中。选择共面阻抗设计的原因是：双面板板厚决定了阻抗线距离，下面的参考面比较远，信号非常弱，必须选择距离较近的参考面，于是就产生了共面阻抗的设计。3、安装软件PolarSi9000，然后打开PolarSi9000软件。熟悉一下常用的几个阻抗模型：（1）下图是外层特性阻抗模型（也叫单端阻抗模型）：（2）下图是外层差分阻抗模型：（3）内层差分阻抗模型常用以下三种：下面是共面的常用模型：（4）下图是外层共面单端阻抗模型：（5）下图是外层共面差分阻抗模型：4、怎样来计算阻抗？各种PP及其组合的厚度，介电常数详见PP规格表，铜厚规则按下图的要求。阻焊的厚度，在金百泽公司统一按10um，即0.4mil；W1、W2的规则按上面要求；当基铜=0.5OZ时，W2=W-0.5mil；当基铜=1OZ时，W2=W-1mil；W指原线宽。下面讲一个12层板，板厚1.8MM的例子：这个板信号层比较多，但是3,5层和8，10是对称的。左边是指阻抗线所在信号层；右边是参考层，参考层是电源层或者地层。L1是参考L2，L12参考L11层。（1）首先计算外层阻抗：由此可见外层单端线宽5.2mil满足50欧姆。在上图中：H1是L1到L2层介质厚度；Er1是介质的介电常数；W2是上线宽；W1是下线宽；T1是指外层成品铜厚；C1、C2是绿油厚度；CEr是指绿油的介电常数；Z0是计算出来的阻抗值；Calculate是计算按钮。在上图中：差分阻抗计算中，S1代表差分线间距；（2）下面讲内层阻抗计算：下面解释各个参数：对应L3层阻抗，L3层阻抗线是面朝下的，故W2是在下面；如何判断H1、H2：关键是搞清楚阻抗线面朝向，对应上正确的模型（查PP规格表）。一个PCB板有绿油、有PP、有铜箔，PP可以互相叠加，不同的PP对应不同的介电常数，当然厚度也不一样。模型中H1是4mil，H2=7.5+0.6=8.1mil，0.6mil是L3层铜厚。7.5mil所采用的PP是：1080+2116的组合。得出以下的建议：由于对称结构，所以L3,5,8,10层的阻抗是一样的，同样计算。在软件中，计算阻抗用下图的这一选项页，即无损计算：（3）下面讲一个典型8层板阻抗：注意：该数据表格会在下面的计算阻抗时用到。需要注意：计算内层阻抗时，L3、L4与L6所采用的区别。其中L6层阻抗计算模型是临近层参考的，与上面12层板那个一样。计算L3,L4层阻抗时，采用的模型是：隔层参考的其中一个，所采用是1B2A模型。其他阻抗与刚那个12层板一样。现重点讲一下L3,L4层阻抗怎么计算（所用模型如下图所示）：参数大小的设置，如上图所示：H1=6.5mil；H2=22.44+0.6+0.6=23.64mil；H3=6.5mil；按计算L4层阻抗，对应上去就很明白了。L4层线路面朝上，而L3个层线路面朝下面。L3和L4是对称的，计算其中一个就好啦。L3、L4层均是参考2、5层。另外，设计阻抗线时需注意以下事项：（a）差分线间距尽量保持一致(平行且等距)；（b）注意：阻抗线屏蔽层的完整性；（c）结构需注意：相邻信号层间介质厚度尽量要大一些，并避免平行走线；（d）GND和Power层之间尽量靠近；（e）设计阻抗线宽时，单端阻抗线与差分阻抗的线宽要区分开，分三个数，不同的线宽度就好了。例如：5.1MIL、4.9MIL、5.0；这一点很重要，很多客户在同一层设计阻抗，单端50欧姆，差分100欧姆，90欧姆所采用的线宽均为5MIL，这是不可取的。板厂CAM工程师在CAM软件中是通过查找线宽D码来找到阻抗线位置的，如果都是5mil，很难区分，必须提供图片说明，非常麻烦。截图说明阻抗线位置也是一种方法，此方法老套，不可取。