PCB阻抗設計你必須知道的那點事!

1前言

隨著科技發展， 尤其在積體電路的材料之進步，使運算速度有顯著提升， 促使積體電路走向高密度﹑小體積， 單一零件， 這些都導致今日及未來的印刷電路板走向高頻響應， 高速率數位電路之運用， 也就是必須控制線路的阻抗﹑低失真﹑低干擾及低串音及消除電磁干擾EMI。阻抗設計在PCB設計中顯得越來越重要。作為PCB制造前端的制前部，負責阻抗的模擬計算，阻抗條的設計。客戶對阻抗控制要求越來越嚴，而阻抗管控數目也原來越多，如何快速，準確地進行阻抗設計，是制前人員非常關注的一個問題。

2阻抗主要類型及影響因素

阻抗（Zo）定義：對流經其中已知頻率之交流電流所產生的總阻力稱為阻抗（Zo）。對印刷電路板而言，是指在高頻訊號之下，某一線路層（signal layer）對其最接近的相關層（reference plane）總合之阻抗。

2.1 阻抗類型：

（1）特性阻抗在計算機﹑無線通信等電子信息產品中， PCB的線路中的傳輸的能量， 是一種由電壓與時間所構成的方形波信號（square wave signal， 稱為脈沖pulse），它所遭遇的阻力則稱為特性阻抗。

（2）差動阻抗驅動端輸入極性相反的兩個同樣信號波形，分別由兩根差動線傳送，在接收端這兩個差動信號相減。差動阻抗就是兩線之間的阻抗Zdiff。

（3）奇模阻抗兩線中一線對地的阻抗Zoo，兩線阻抗值是一致。

（4）偶模阻抗驅動端輸入極性相同的兩個同樣信號波形， 將兩線連在一起時的阻抗Zcom。

（5）共模阻抗兩線中一線對地的阻抗Zoe，兩線阻抗值是一致，通常比奇模阻抗大。

其中特性和差動為常見阻抗，共模與奇模等很少見。

2.2 影響阻抗的因素：

W-----線寬/線間線寬增加阻抗變小，距離增大阻抗增大；

H----絕緣厚度厚度增加阻抗增大；

T------銅厚銅厚增加阻抗變小；

H1---綠油厚厚度增加阻抗變小；

Er-----介電常數參考層DK值增大， 阻抗減小；

Undercut----W1-Wundercut增加， 阻抗變大。

3阻抗計算自動化

如今，我們業界最常用的阻抗計算工具是Polar公司提供的Si8000 Field Solver，Si8000是全新的邊界元素法場效解計算器軟件，建立在我們熟悉的早期Polar阻抗設計系統易于使用的用戶界面之上。此軟件包含各種阻抗模塊，人員通過選擇特定模塊，輸入線寬，線距，介層厚度，銅厚，Er值等相關數據，可以算出阻抗結果。一個PCB阻抗管控數目少則4，5組，多則幾十組，每一組的管控線寬，介層厚度，銅厚等都不同，如果一個個去查數據，然后手動輸入相關參數計算，非常費時且容易出錯。

下面，將介紹Si8000軟件自動地進行阻抗設計的參數：

Q總結

PCB的競爭越來越激烈，樣品交期越來越短，阻抗設計在制前工作中占了很大的比例，如何縮短阻抗制作時間，做出滿足客戶要求的阻抗匹配，是制前部必需考慮的一個問題。InPlan和InCoupon的出現，給阻抗設計提供了很好的幫助。當然，各PCB板廠自己的阻抗計算規則，Layout方式與大小都會不一樣，InPlan系統需專人進行開發，維護，才能真正實現其功能。但相信，阻抗設計的自動化，將在PCB制前部越來越普及。