PCB疊層設計與阻抗分析

前言

在 STM32 無線系列產品的 PCB 設計中，需要對射頻部分電路進行阻抗控制，良好的阻抗控制可以減少信號衰減、反射和 EMC 輻射。本篇 LAT 主要介紹印制電路板（PCB）上射頻走線阻抗仿真計算工具的使用方法。使用的計算工具為 Altium Designer V21.1.0，其他專業計算工具有 Si9000，AppCAD 等，使用時可參照本文章設置的方法進行仿真。

2. PCB 疊層設計

PCB 的疊層里的 Prepreg 類型、線路層的間距以及銅箔厚度都會影響到阻抗，因此需要按照實際 PCB 疊層進行推導計算射頻走線的阻抗。本文選取嘉立創的一個 1.6mm 典型四層板疊層（Prepreg 為 7628）分布為例：

3.Altium Designer 阻抗分析

打開一個 PCB 文件，在 “Design”目錄里找到“Layer Stack Manager”。點擊打開會自動生成 PCB 文件的 “Stackup”文件。

按照疊層分布圖對“Stackup”進行設置，需要設置線路層的厚度、壓合 Prepreg 厚度以及 FR4 的介電常數。

點擊“Impedance”，再點擊“Add”增加一個阻抗計算表格。射頻走線模型分為單端和差分兩種，還可以根據參考地平面的不同進行選擇對應的射頻走線阻抗模型。

點選 Top 層，可以更改阻抗線對應的參考層，默認為 L2 GND 層，可以更改為 L3 或者 L4。如果使用非相鄰層作為參考層，則需要將中間各層對應部分挖空處理。圖 5 是將參考層更改為 L3 時的線寬參數，可以看到線寬明顯變寬了。

下面兩個范例分別為參考地為相鄰層 L2 和參考地為兩側共面加參考層 L2 的仿真結果，仿真的阻抗為單端 50ohm。從結果可以看出增加兩側共面為參考層可以減小阻抗線的寬度。

下面的范例圖 8 為采用 L3 參考層為參考地時的仿真結果，與圖 7 相比，結果顯示由于參考地距離射頻走線更遠，在保持共面地間距不變的情況下需要更寬的走線來達到同樣的 50ohm 阻抗。如果覺得阻抗線的寬度不理想可以適當調整阻抗線與兩側 GND 之間的間距。

圖 9 為差分 100ohm 阻抗線設置范例，可通過差分線之間的間距，差分線寬度，差分線與兩側 GND間距以及參考平面來調整阻抗。

小結

PCB 板的射頻走線阻抗與射頻性能息息相關，因此在設計射頻電路板時需要根據實際板材的材質、疊層組成以及走線參考地來仿真阻抗。在實際阻抗仿真的過程中，可以通過調節線寬、線間距以及參考面來達到預期的阻抗目標。

原文標題：工程師筆記|印制電路板射頻走線阻抗計算

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審核編輯：湯梓紅