PCB阻抗控制解決方案
發(fā)表時間：2021-02-19 10:41:31 人氣：2624
隨著 PCB 信號切換速度不斷增長，當今的 PCB 設計廠商需要理解和控制 PCB 跡線的阻抗。相應于現(xiàn)代數(shù)字電路較短的信號傳輸時間和較高的時鐘速率，PCB 跡線不再是簡單的連接，而是傳輸線。
在實際情況中，需要在數(shù)字邊際速度高于1ns或模擬頻率超過300Mhz時控制跡線阻抗。PCB 跡線的關鍵參數(shù)之一是其特性阻抗（即波沿信號傳輸線路傳送時電壓與電流的比值）。印制電路板上導線的特性阻抗是電路板設計的一個重要指標，特別是在高頻電路的PCB設計中，必須考慮導線的特性阻抗和器件或信號所要求的特性阻抗是否一致，是否匹配。這就涉及到兩個概念：阻抗控制與阻抗匹配，本文重點討論阻抗控制和疊層設計的問題。
阻抗控制
阻抗控制（eImpedance Controling），線路板中的導體中會有各種信號的傳遞，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，導線寬度等不同因素，將會造成阻抗值得變化，使其信號失真。故在高速線路板上的導體，其阻抗值應控制在某一范圍之內，稱為“阻抗控制”。
PCB 跡線的阻抗將由其感應和電容性電感、電阻和電導系數(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、介質的介電常數(shù)、介質的厚度、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。
在實際情況下，PCB 傳輸線路通常由一個導線跡線、一個或多個參考層和絕緣材質組成。跡線和板層構成了控制阻抗。PCB 將常常采用多層結構，并且控制阻抗也可以采用各種方式來構建。但是，無論使用什么方式，阻抗值都將由其物理結構和絕緣材料的電子特性決定：
· 信號跡線的寬度和厚度
· 跡線兩側的內核或預填材質的高度
· 跡線和板層的配置
· 內核和預填材質的絕緣常數(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線，指只有一邊存在參考平面的傳輸線，頂部和側邊都曝置于空氣中（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：在實際的PCB制造中，板廠通常會在PCB板的表面涂覆一層綠油，因此在實際的阻抗計算中，通常對于表面微帶線采用下圖所示的模型進行計算：
帶狀線（Stripline）：
帶狀線是置于兩個參考平面之間的帶狀導線，如下圖所示，H1和H2代表的電介質的介電常數(shù)可以不同。
上述兩個例子只是微帶線和帶狀線的一個典型示范，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的疊層結構相關。
用于計算特性阻抗的等式需要復雜的數(shù)學計算，通常使用場求解方法，其中包括邊界元素分析在內，因此使用專門的阻抗計算軟件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。
對于W1、W2的說明：
此處的W=W1，W1=W2.
規(guī)則：W1=W-A
W—-設計線寬
A—–Etch loss （見上表）
走線上下寬度不一致的原因是：PCB板制造過程中是從上到下而腐蝕，因此腐蝕出來的線呈梯形。
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