PCB阻抗控制解決方案
發(fā)表時(shí)間：2021-02-19 10:41:31 人氣：2272
隨著 PCB 信號(hào)切換速度不斷增長(zhǎng)，當(dāng)今的 PCB 設(shè)計(jì)廠商需要理解和控制 PCB 跡線的阻抗。相應(yīng)于現(xiàn)代數(shù)字電路較短的信號(hào)傳輸時(shí)間和較高的時(shí)鐘速率，PCB 跡線不再是簡(jiǎn)單的連接，而是傳輸線。
在實(shí)際情況中，需要在數(shù)字邊際速度高于1ns或模擬頻率超過(guò)300Mhz時(shí)控制跡線阻抗。PCB 跡線的關(guān)鍵參數(shù)之一是其特性阻抗（即波沿信號(hào)傳輸線路傳送時(shí)電壓與電流的比值）。印制電路板上導(dǎo)線的特性阻抗是電路板設(shè)計(jì)的一個(gè)重要指標(biāo)，特別是在高頻電路的PCB設(shè)計(jì)中，必須考慮導(dǎo)線的特性阻抗和器件或信號(hào)所要求的特性阻抗是否一致，是否匹配。這就涉及到兩個(gè)概念：阻抗控制與阻抗匹配，本文重點(diǎn)討論阻抗控制和疊層設(shè)計(jì)的問(wèn)題。
阻抗控制
阻抗控制（eImpedance Controling），線路板中的導(dǎo)體中會(huì)有各種信號(hào)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(dǎo)線寬度等不同因素，將會(huì)造成阻抗值得變化，使其信號(hào)失真。故在高速線路板上的導(dǎo)體，其阻抗值應(yīng)控制在某一范圍之內(nèi)，稱為“阻抗控制”。
PCB 跡線的阻抗將由其感應(yīng)和電容性電感、電阻和電導(dǎo)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(zhì)的介電常數(shù)、介質(zhì)的厚度、焊盤(pán)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(shí)際情況下，PCB 傳輸線路通常由一個(gè)導(dǎo)線跡線、一個(gè)或多個(gè)參考層和絕緣材質(zhì)組成。跡線和板層構(gòu)成了控制阻抗。PCB 將常常采用多層結(jié)構(gòu)，并且控制阻抗也可以采用各種方式來(lái)構(gòu)建。但是，無(wú)論使用什么方式，阻抗值都將由其物理結(jié)構(gòu)和絕緣材料的電子特性決定：
· 信號(hào)跡線的寬度和厚度
· 跡線兩側(cè)的內(nèi)核或預(yù)填材質(zhì)的高度
· 跡線和板層的配置
· 內(nèi)核和預(yù)填材質(zhì)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(dǎo)線，指只有一邊存在參考平面的傳輸線，頂部和側(cè)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(shí)際的PCB制造中，板廠通常會(huì)在PCB板的表面涂覆一層綠油，因此在實(shí)際的阻抗計(jì)算中，通常對(duì)于表面微帶線采用下圖所示的模型進(jìn)行計(jì)算：
帶狀線（Stripline）：
帶狀線是置于兩個(gè)參考平面之間的帶狀導(dǎo)線，如下圖所示，H1和H2代表的電介質(zhì)的介電常數(shù)可以不同。
上述兩個(gè)例子只是微帶線和帶狀線的一個(gè)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(jié)構(gòu)相關(guān)。
用于計(jì)算特性阻抗的等式需要復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算，通常使用場(chǎng)求解方法，其中包括邊界元素分析在內(nèi)，因此使用專門(mén)的阻抗計(jì)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(duì)于W1、W2的說(shuō)明：
此處的W=W1，W1=W2.
規(guī)則：W1=W-A
W—-設(shè)計(jì)線寬
A—–Etch loss （見(jiàn)上表）
走線上下寬度不一致的原因是：PCB板制造過(guò)程中是從上到下而腐蝕，因此腐蝕出來(lái)的線呈梯形。
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