關(guān)于如何控制PCB的控制走線(xiàn)阻抗？

　　沒(méi)有阻抗控制的話(huà)，將引發(fā)相當大的信號反射和信號失真，導致設計失敗。常見(jiàn)的信號，如PCI總線(xiàn)、PCI-E總線(xiàn)、USB、以太網(wǎng)、DDR內存、LVDS信號等，均需要進(jìn)行阻抗控制。阻抗控制終需要通過(guò)PCB設計實(shí)現，對PCB板工藝也提出更高要求，經(jīng)過(guò)與PCB廠(chǎng)的溝通，并結合EDA軟件的使用，按照信號完整性要求去控制走線(xiàn)的阻抗。

　　不同的走線(xiàn)方式都是可以通過(guò)計算得到對應的阻抗值。

　　微帶線(xiàn)（microstrip line）

　　它由一根帶狀導線(xiàn)與地平面構成，中間是電介質(zhì)。如果電介質(zhì)的介電常數、線(xiàn)的寬度、及其與地平面的距離是可控的，則它的特性阻抗也是可控的，其度將在±5%之內。

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　　帶狀線(xiàn)（stripline）

　　帶狀線(xiàn)就是一條置于兩層導電平面之間的電介質(zhì)中間的銅帶。如果線(xiàn)的厚度和寬度，介質(zhì)的介電常數，以及兩層接地平面的距離都是可控的，則線(xiàn)的特性阻抗也是可控的，且在10%之內。

　　多層板的結構：

　　為了很好地對PCB進(jìn)行阻抗控制，首先要了解PCB的結構：

　　通常我們所說(shuō)的多層板是由芯板和半固化片互相層疊壓合而成的，芯板是一種硬質(zhì)的、有特定厚度的、兩面包銅的板材，是構成印制板的基礎材料。而半固化片構成所謂的浸潤層，起到粘合芯板的作用，雖然也有一定的初始厚度，但是在壓制過(guò)程中其厚度會(huì )發(fā)生一些變化。

　　通常多層板外面的兩個(gè)介質(zhì)層都是浸潤層，在這兩層的外面使用單獨的銅箔層作為外層銅箔。外層銅箔和內層銅箔的原始厚度規格，一般有0.5OZ、1OZ、2OZ（1OZ約為35um或1.4mil）三種，但經(jīng)過(guò)一系列表面處理后，外層銅箔的終厚度一般會(huì )增加將近1OZ左右。內層銅箔即為芯板兩面的包銅，其終厚度與原始厚度相差很小，但由于蝕刻的原因，一般會(huì )減少幾個(gè)um。

　　多層板的外層是阻焊層，就是我們常說(shuō)的“綠油”，當然它也可以是黃色或者其它顏色。阻焊層的厚度一般不太容易準確確定，在表面無(wú)銅箔的區域比有銅箔的區域要稍厚一些，但因為缺少了銅箔的厚度，所以銅箔還是顯得更突出，當我們用手指觸摸印制板表面時(shí)就能感覺(jué)到。

　　當制作某一特定厚度的印制板時(shí)，一方面要求合理地選擇各種材料的參數，另一方面，半固化片終成型厚度也會(huì )比初始厚度小一些。下面是一個(gè)典型的6層板疊層結構：

　　PCB的參數：

　　不同的印制板廠(chǎng)，PCB的參數會(huì )有細微的差異，通過(guò)與電路板廠(chǎng)技術(shù)支持的溝通，得到該廠(chǎng)的一些參數數據：

　　表層銅箔：

　　可以使用的表層銅箔材料厚度有三種：12um、18um和35um。加工完成后的終厚度大約是44um、50um和67um。

　　芯板：我們常用的板材是S1141A，標準的FR-4，兩面包銅，可選用的規格可與廠(chǎng)家聯(lián)系確定。

　　半固化片：

　　規格（原始厚度）有7628（0.185mm），2116（0.105mm），1080（0.075mm），3313（0.095mm ），實(shí)際壓制完成后的厚度通常會(huì )比原始值小10-15um左右。同一個(gè)浸潤層多可以使用3個(gè)半固化片，而且3個(gè)半固化片的厚度不能都相同，少可以只用一個(gè)半固化片，但有的廠(chǎng)家要求必須至少使用兩個(gè)。如果半固化片的厚度不夠，可以把芯板兩面的銅箔蝕刻掉，再在兩面用半固化片粘連，這樣可以實(shí)現較厚的浸潤層。

　　阻焊層：

　　銅箔上面的阻焊層厚度C2≈8-10um，表面無(wú)銅箔區域的阻焊層厚度C1根據表面銅厚的不同而不同，當表面銅厚為45um時(shí)C1≈13-15um，當表面銅厚為70um時(shí)C1≈17-18um。

　　導線(xiàn)橫截面：

　　我們會(huì )以為導線(xiàn)的橫截面是一個(gè)矩形，但實(shí)際上卻是一個(gè)梯形。以TOP層為例，當銅箔厚度為1OZ時(shí)，梯形的上底邊比下底邊短1MIL。比如線(xiàn)寬5MIL，那么其上底邊約4MIL，下底邊5MIL。上下底邊的差異和銅厚有關(guān)，下表是不同情況下梯形上下底的關(guān)系。

　　介電常數：半固化片的介電常數與厚度有關(guān)，下表為不同型號的半固化片厚度和介電常數參數：

　　板材的介電常數與其所用的樹(shù)脂材料有關(guān)，FR4板材其介電常數為4.2—4.7，并且隨著(zhù)頻率的增加會(huì )減小。

　　介質(zhì)損耗因數：電介質(zhì)材料在交變電場(chǎng)作用下，由于發(fā)熱而消耗的能量稱(chēng)之謂介質(zhì)損耗，通常以介質(zhì)損耗因數tanδ表示。S1141A的典型值為0.015。

　　能確保加工的線(xiàn)寬和線(xiàn)距：4mil/4mil。

　　阻抗計算的工具簡(jiǎn)介：

　　當我們了解了多層板的結構并掌握了所需要的參數后，就可以通過(guò)EDA軟件來(lái)計算阻抗?？梢允褂?a target="_blank">Allegro來(lái)計算，但這里向大家推薦另一個(gè)工具Polar SI9000，這是一個(gè)很好的計算特征阻抗的工具，現在很多印制板廠(chǎng)都在用這個(gè)軟件。

　　無(wú)論是差分線(xiàn)還是單端線(xiàn)，當計算內層信號的特征阻抗時(shí)，你會(huì )發(fā)現Polar SI9000的計算結果與Allegro僅存在著(zhù)微小的差距，這跟一些細節上的處理有關(guān)，比如說(shuō)導線(xiàn)橫截面的形狀。但如果是計算表層信號的特征阻抗，我建議你選擇Coated模型，而不是Surface模型，因為這類(lèi)模型考慮了阻焊層的存在，所以結果會(huì )更準確。下圖是用Polar SI9000計算在考慮阻焊層的情況下表層差分線(xiàn)阻抗的部分截圖：

　　由于阻焊層的厚度不易控制，所以也可以根據板廠(chǎng)的建議，使用一個(gè)近似的辦法：在Surface模型計算的結果上減去一個(gè)特定的值，建議差分阻抗減去8歐姆，單端阻抗減去2歐姆。

　　差分對走線(xiàn)的PCB要求

　?。?）確定走線(xiàn)模式、參數及阻抗計算。差分對走線(xiàn)分外層微帶線(xiàn)差分模式和內層帶狀線(xiàn)差分模式兩種，通過(guò)合理設置參數，阻抗可利用相關(guān)阻抗計算軟件（如POLAR-SI9000）計算也可利用阻抗計算公式計算。

　?。?）走平行等距線(xiàn)。確定走線(xiàn)線(xiàn)寬及間距，在走線(xiàn)時(shí)要嚴格按照計算出的線(xiàn)寬和間距，兩線(xiàn)間距要一直保持不變，也就是要保持平行。平行的方式有兩種： 一種為兩條線(xiàn)走在同一線(xiàn)層（side-by-side），另一種為兩條線(xiàn)走在上下相兩層（over-under）。一般盡量避免使用后者即層間差分信號， 因為在PCB板的實(shí)際加工過(guò)程中，由于層疊之間的層壓對準大大低于同層蝕刻，以及層壓過(guò)程中的介質(zhì)流失，不能保證差分線(xiàn)的間距等于層間介質(zhì)厚度， 會(huì )造成層間差分對的差分阻抗變化。困此建議盡量使用同層內的差分。