教你讀懂PCB設(shè)計中的阻抗計算

　　高速設(shè)計流程里，疊層設(shè)計和阻抗計算就是萬里長征的步。阻抗計算方法很成熟，所以不同的軟件計算的差別很小，本文采用 Si9000 來舉例。

　　阻抗的計算是相對比較繁瑣的，但我們可以總結(jié)一些經(jīng)驗值幫助提高計算效率。對于常用的 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，注意一般計算出來的線寬比該值小些。

　　除了提升計算效率，我們還要提高計算。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？有人會說這有什么關(guān)系，直接讓板廠調(diào)啊。但會不會有板廠調(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。

　　以下提出幾點設(shè)計疊層算阻抗時的注意事項供大家參考：

　　1，線寬寧愿寬，不要細。這是什么意思呢？因為我們知道制程里存在細的極限，寬是沒有極限的。如果到時候為了調(diào)阻抗把線寬調(diào)細而碰到極那就麻煩了，要么增加成本，要么放松阻抗管控。所以在計算時相對寬就意味著目標(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)一個趨勢。我們的設(shè)計中可能有多個阻抗管控目標(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，壓合過程中膠會去填補蝕刻的空隙處，這樣兩層間的膠厚度時間會減小，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^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，而你的疊層又沒有指定材料，板廠用了單張 1080 的材料，那就可能出現(xiàn)信號完整性問題。

　　當(dāng)然殘銅率流膠量計算不準(zhǔn)，新材料的介電系數(shù)有時和標(biāo)稱不一致，有的玻布板廠沒有備料等等都會造成設(shè)計的疊層實現(xiàn)不了或交期延后。咋辦？的辦法就是在設(shè)計之初讓板廠按我們的要求，他們的經(jīng)驗設(shè)計個疊層，這樣多幾個來回就能得到理想又可實現(xiàn)的疊層了。

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

　　如何計算阻抗

　　對于阻抗計算而言，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，下面是一個常見八層板的層疊信息，以這個為例子，看看阻抗計算的一些注意事項。

　　對于信號線而言，在板子上實現(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算的情況。

　　a、微帶線

　　微帶線的特點就是只有一個參考層，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：

　　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，所以保持默認就好，其厚度對于阻抗有細微影響，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：

　　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，可以填各自對應(yīng)的介電常數(shù)。

　　3、T1 的厚度一般