PCB阻抗设计及Polar Si9000 PCB阻抗计算软件的使用

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一、阻抗介绍

1、特性阻抗的定义：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。

2、特性阻抗的分类：单端(线)阻抗、差分(动)阻抗、共面阻抗。

        单端(线)阻抗：英文Single Ended Impedance ,指单根信号线测得的阻抗。

        差分(动)阻抗：英文Differential Impedance,指差分驱动时在两条等宽等间距的传输线中测试到的阻抗。

        共面阻抗：英文Coplanar Impedance ,指信号线在其周围GND/VCC(信号线到其两侧GND/VCC间距相等)之间传输时所测试到的阻抗。

3、需要阻抗设计的条件：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。

4、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。

5、阻抗的影响因素：

1）、Er：介质介电常数，与阻抗值成反比，介电常数按新提供的《板材介电常数表》计算。

2）、H1，H2，H3...线路层与接地层间介质厚度,与阻抗值成正比。

3）、W1:阻抗线线底宽度；W2:阻抗线线顶宽度,与阻抗成反比。
        A:当内层底铜为1oz 时W1=W2+0.5mil；当内层底铜为2oz 时，W1=W2+1.2mil 。
        B:外层底铜为1oz,W1=W2+1.2mil;当外层底铜为2oz 时,W1=W2+1.6mil。

4）、T:铜厚,与阻抗值成反比。
       A：內层为基板铜厚,Hoz 按15um 计算;1oz 按30um 计算;2oz 按65um 计算.
       B:外层为铜箔厚度+镀铜厚度,依据孔铜規格而定,当底铜为Hoz,孔铜(平均20um，最小18um )时,表铜按45um 计算；孔铜（平均25um，最小20um）时，表铜按50um 计算；孔铜单点最小25um 时，表铜按55um 计算。
       C:当底铜为1oz,孔銅(平均20um，最小18um )时,表铜按55um 计算；孔铜（平均25um，最小20um）时，表铜按60um 计算；孔铜单点最小25um时，表铜按65um 计算。

5）、S:相邻线路与线路之间的间距,与阻抗值成正比（差动阻抗）。

6）、C1:基材阻焊厚度,与阻抗值成反比；
C2:线面阻焊厚度,与阻抗值成反比；
C3:线间阻焊厚度,与阻抗值成反比；
CEr:阻焊介电常数，与阻抗值成反比。
A:印一次阻焊油墨，C1 值为30um ，C2 值为12um ，C3 值为30um。
B:印两次阻焊油墨，C1 值为60um ，C2 值为25um ，C3 值为60um。
C:Cer(阻焊介电常数):按3.4 计算。

6、阻抗设计流程：

二、常见的单端(线)阻抗计算模式

1、Surface Microstrip

适用范围：外层没有涂阻焊油前阻抗计算。

H1：外层到VCC/GND 间的介质厚度，不含铜箔厚度。

T1：线路铜厚，包括基板铜厚+电镀铜厚。

2、Coated Microstrip

适用范围：外层涂了阻焊油之后的阻抗计算

CEr：阻焊介电常数

C1: 基材阻焊厚度

C2:线面阻焊厚度

三、常见的差分(动)阻抗计算模式

1、Edge-Coupled Coated Microstrip 1B

适用范围：外层阻焊后差动阻抗计算

S1：差动阻抗线间隙

2、Edgd-Coupled Offset Stripline 1B1A

适用范围：两个VCC/GND 夹一个线路层之阻抗计算;

H1:线路层到较近之VCC/GND 间距离

H2:线路层到较远之VCC/GND 间距离+阻抗线路层铜厚

四、常见的共面阻抗计算模式

1、Coated Coplanar Waveduide 1B

适用范围：阻焊后单线共面阻抗，参考层与阻抗线在同一层面，即阻抗线被周围GND/VCC 包围，周围GND/VCC 即为参考层面。而次外层（innerlayer 2）为线路层，非GND/VCC（即非参考层）。

2、Diff Coated Coplanar Waveguide With Ground 1B

适用范围：阻焊后差分共面阻抗，参考层为同一层面的GND/VCC 和次外层GND/VCC 层。（阻抗线被周围GND/VCC 包围，周围GND/VCC 即为参考层面）。