PCB设计指南(4)阻抗受控传输线

最新推荐文章于 2025-02-01 10:00:00 发布

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本文详细介绍了在PCB设计中如何实现阻抗受控传输线的设计，包括阻抗计算的方法、走线宽度的选择、以及如何利用不同软件工具来进行阻抗计算等内容。

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阻抗受控传输线(controlled impedance transmission)

受控阻抗传输线是特性阻抗Z0始终受控于其几何特性的走线。一般这些走线要等于不同的传输介质的阻抗，如电缆和线路终端器，以减少信号反射。对于这些数字隔离器来说，受控走线阻抗必须等于隔离器的输出阻抗，Zo~ro，作为源阻抗匹配。

为了决定Zo(走线受控阻抗)，隔离器的动态输出阻抗ro=ΔVout/ΔIout必须确定。从下图可以知道有两个线性区段，低电平时ro=260欧姆，曲线其他部分ro=70欧姆。

走线厚度(t)，走线长度(w)，走线到地平面的距离(d)，PCB的介电常数(εr)，介电常数是由板子生产过程铜皮层的性能和所选择板子的材料所决定的。

1oz(盎司)的铜皮走线厚度t=1.37mils，2oz(盎司)的铜皮走线厚度t=2.74mil。环氧基纤维树脂FR-4的电介质常数，微带传输线(microstrip)ε_r=2.8~4.5，而带状传输线(stripline) ε_r=4.5。

如果ε_r和t确定了，可以根据上图得出w/h的比率，而h为顶层(top layer)到地平面(ground plane)的距离。根据下面的章节"参考平面"所介绍的那样，要设计一个低电磁干扰(EMI)的板子，信号走线和地平面之间要尽可能靠近。如果h=10mil的话，相应的走线宽度w=8mil。

整个走线都必须保持同一的宽度，不然的话，走线宽度的不一样，会使阻抗特性的不连续，从而增加了信号辐射和电磁干扰(EMI)。

很多时候ε_r和t都不是取上面的值的，采用不同的工艺，不同的PCB材质，要达到一定的效果，这时候就要根据h、d、ε_r和t通过公式计算微带线的阻抗。

微带传输线(microstrip)相关资料可以参考下面网页

http://qucs.sourceforge.net/tech/node74.html

自己动手算总是很麻烦，也可以用软件计算。

1) 在线web的微带线和带状线阻抗计算

微带线 http://www.ekswai.com/microstrip.htm

带状线 http://www.ekswai.com/stripline.htm

2) Allegro软件自带阻抗计算软件

3) Polar SI 9000阻抗计算软件

Allegro和SI 9000阻抗计算的结果总是相差20欧姆左右，而且Allegro结果偏高，有人说polar更贴近生产实际，所以使用时还是选择polar。

ProtelDXP设置板厚

阻抗计算时还有一个问题，就是信号层到参考平面(电源层/地层)的厚度，对于双面板，这个厚度，就是板厚减去两个铜皮的厚度，前提就是BOTTOM面有覆铜。对于多层板，这个厚度就涉及到PCB板制作工艺了。

PCB叠层制作工艺

OZ其实是重量单位1OZ（盎司）＝28.35g，它是指一平方英尺的铜箔的重量。1OZ是指35um（1.4mil）的铜箔一平方英尺的重量是28.35g，后来大家慢慢把它当成厚度单位。图上1/2OZ为0.7mil加上0.5mil的镀铜就是1.2mil。表层线距如果小于4mil，一般的干膜较难以制作，这时会先减薄面铜再做外层。0.5可以理解为刷磨后的底铜。1/2OZ 为外层铜厚，1.2MIL为电镀后的表铜厚也就是客户所需要的最终铜厚。

CORE和PP

core和pp从本质上讲是一类东西，他们都是电介质。

core又叫内芯板，是两面带铜箔的；

pp的英文是prepreg，也叫预浸或半固化片。pp就是单纯的介质。

制作多层板时，Core和PP配合使用的，CORE与CORE之间用PP粘合，国内厂家有生益，CORE厚度（含铜皮）有

0.2mm/0.3mm/0.4mm/0.5mm/0.6mm/0.8mm/1.0mm/1.1mm/1.2mm/1.6mm/1.9mm

PP和core相比要软一些，并且有一定的粘性，它有很多种厚度可供选择，以便对电路板的叠层厚度进行调整以达到控制阻抗的目的。PP厚度有106/1080/2116/7628

如四层板：铜箔+PP+CORE+PP+铜箔

如六层板：铜箔+PP+CORE+PP+CORE+PP+铜箔

总结

所以设计阻抗时要根据工艺能力进行PCB仿真，，首先要设计要用的PP和CORE的厚度，再根据这个参数，用软件计算出线宽w。但还要考虑线宽是否能承受流过的电流大小，和这个线宽是否合理。所以对于初学者来说(比如我)很多时候都是线宽随便，阻抗要求PCB厂家来做，pcb加工厂会根据你要求的阻抗，来设置厚度和各层之间的间距的。(其实也不知道厂家这样设计能不能达到设计阻抗要求的)

在这过程中也不要忽略了板厚，下面是一家PCB厂家的工艺能力

http://www.sz-des.com/technic.php

最大板厚	单、双面板	2.0mm
最大板厚	多层板	6.0mm
最小板厚	单、双面板	0.4mm
最小板厚	多层板	4 层：0.6mm；6 层：0.8mm 8 层：1.2mm；10 层：1.6mm