教你讀懂PCB設(shè)計(jì)中的阻抗計(jì)算

　　高速設(shè)計(jì)流程里，疊層設(shè)計(jì)和阻抗計(jì)算就是萬(wàn)里長(zhǎng)征的步。阻抗計(jì)算方法很成熟，所以不同的軟件計(jì)算的差別很小，本文采用 Si9000 來(lái)舉例。

　　阻抗的計(jì)算是相對(duì)比較繁瑣的，但我們可以總結(jié)一些經(jīng)驗(yàn)值幫助提高計(jì)算效率。對(duì)于常用的 FR4，50ohm 的微帶線，線寬一般等于介質(zhì)厚度的 2 倍;50ohm 的帶狀線，線寬等于兩平面間介質(zhì)總厚度的二分之一，這可以幫我們快速鎖定線寬范圍，注意一般計(jì)算出來(lái)的線寬比該值小些。

　　除了提升計(jì)算效率，我們還要提高計(jì)算。大家是不是經(jīng)常遇到自己算的阻抗和板廠算的不一致呢？有人會(huì)說(shuō)這有什么關(guān)系，直接讓板廠調(diào)啊。但會(huì)不會(huì)有板廠調(diào)不了，讓你放松阻抗管控的情況呢？要做好產(chǎn)品還是一切盡在自己的掌握比較好。

　　以下提出幾點(diǎn)設(shè)計(jì)疊層算阻抗時(shí)的注意事項(xiàng)供大家參考：

　　1，線寬寧愿寬，不要細(xì)。這是什么意思呢？因?yàn)槲覀冎乐瞥汤锎嬖诩?xì)的極限，寬是沒(méi)有極限的。如果到時(shí)候?yàn)榱苏{(diào)阻抗把線寬調(diào)細(xì)而碰到極那就麻煩了，要么增加成本，要么放松阻抗管控。所以在計(jì)算時(shí)相對(duì)寬就意味著目標(biāo)阻抗稍微偏低，比如單線阻抗 50ohm，我們算到 49ohm 就可以了，盡量不要算到 51ohm。

　　2，整體呈現(xiàn)一個(gè)趨勢(shì)。我們的設(shè)計(jì)中可能有多個(gè)阻抗管控目標(biāo)，那么就整體偏大或偏小，不要 100ohm 的偏大，90ohm 的偏小。

　　3，考慮殘銅率和流膠量。當(dāng)半固化片一邊或兩邊是蝕刻線路時(shí)，壓合過(guò)程中膠會(huì)去填補(bǔ)蝕刻的空隙處，這樣兩層間的膠厚度時(shí)間會(huì)減小，殘銅率越小，填的越多，剩下的越少。所以如果你需要的兩層間半固化片厚度是 5mil，要根據(jù)殘銅率選擇稍厚的半固化片。

　　4，指定玻布和含膠量?？催^(guò)板材 datasheet 的工程師都知道不同的玻布，不同的含膠量的半固化片或芯板的介電系數(shù)是不同的，即使是差不多高度的也可能是 3.5 和 4 的差別，這個(gè)差別可以引起單線阻抗 3ohm 左右的變化。另外玻纖效應(yīng)和玻布開窗大小密切相關(guān)，如果你是 10Gbps 或更高速的設(shè)計(jì)，而你的疊層又沒(méi)有指定材料，板廠用了單張 1080 的材料，那就可能出現(xiàn)信號(hào)完整性問(wèn)題。

　　當(dāng)然殘銅率流膠量計(jì)算不準(zhǔn)，新材料的介電系數(shù)有時(shí)和標(biāo)稱不一致，有的玻布板廠沒(méi)有備料等等都會(huì)造成設(shè)計(jì)的疊層實(shí)現(xiàn)不了或交期延后。咋辦？的辦法就是在設(shè)計(jì)之初讓板廠按我們的要求，他們的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)個(gè)疊層，這樣多幾個(gè)來(lái)回就能得到理想又可實(shí)現(xiàn)的疊層了。

　　上次講到了阻抗計(jì)算和工藝制程之間的一些“權(quán)衡的藝術(shù)”，主要是為了達(dá)到我們阻抗管控目的的同時(shí)，也能保證工藝加工的方便，以及盡量降低加工成本。接下來(lái)，就具體說(shuō)說(shuō)，利用 SI9000 計(jì)算阻抗的具體過(guò)程。

　　如何計(jì)算阻抗

　　對(duì)于阻抗計(jì)算而言，層疊設(shè)置是先決條件，首先必選先設(shè)置好單板的具體層疊信息，下面是一個(gè)常見八層板的層疊信息，以這個(gè)為例子，看看阻抗計(jì)算的一些注意事項(xiàng)。

　　對(duì)于信號(hào)線而言，在板子上實(shí)現(xiàn)的形式又分為微帶線和帶狀線，兩者的不同，使得阻抗計(jì)算選擇的結(jié)構(gòu)不一致，下面分別討論這兩種常見的阻抗計(jì)算的情況。

　　a、微帶線

　　微帶線的特點(diǎn)就是只有一個(gè)參考層，上面蓋綠油。下面是單線（50Ω）和差分線（100Ω）的具體參數(shù)設(shè)置。

　　注意事項(xiàng)：

　　1、H1 是表層到參考層的介質(zhì)厚度，不包括參考層的銅厚;

　　2、C1、C2、C3 是綠油的厚度，一般綠油厚度在 0.5mil~1mil 左右，所以保持默認(rèn)就好，其厚度對(duì)于阻抗有細(xì)微影響，這也是處理文字面是，盡量不讓絲印放置在阻抗線上的原因。

　　3、T1 的厚度一般為表層銅厚加電鍍的厚度，1.8mil 為 0.5OZ+Plating 的結(jié)果。

　　4、一般 W1 是板上走線的寬度，由于加工后的線為梯形，所以 W2

　　b、帶狀線

　　帶狀線是位于兩個(gè)參考平面之間的導(dǎo)線。下面是單線（50Ω）和差分線（100Ω）的具體參數(shù)設(shè)置。

　　注意事項(xiàng)：

　　1、H1 是導(dǎo)線到參考層之間 CORE 的厚度，H2 是導(dǎo)線到參考層之間 PP 的厚度（考慮 pp 流膠情況）;如圖一所示層疊，若阻抗線在 ART03 層，那么 H1 就是 GND02 到 ART03 之間的 介質(zhì)厚度，而 H2 則是 GND04 到 ART03 之間的介質(zhì)厚度再加上銅厚。

　　2、Er1 和 Er2 之間的介質(zhì)不同時(shí)，可以填各自對(duì)應(yīng)的介電常數(shù)。

　　3、T1 的厚度一般