PCB科技 - PCB阻抗控制的探討

隨著 PCB電路板 訊號切換, 今天的PCB設計師需要瞭解和控制PCB跡線的阻抗. 與現代數位電路更短的訊號傳輸時間和更高的時鐘頻率相對應, PCB跡線不再是簡單的連接, 但是輸電線路.

在實際中，當數位邊緣速度超過1ns或類比頻率超過300Mhz時，有必要控制跟踪阻抗。 PCB軌跡的關鍵參數之一是其特性阻抗（波沿訊號傳輸線傳播時的電壓與電流之比）。 印刷電路板上導線的特性阻抗是電路板設計的重要名額，尤其是在高頻電路的PCB設計中，必須考慮導線的特性阻抗是否與器件或訊號所需的特性阻抗一致。 這涉及兩個概念：阻抗控制和阻抗匹配。 本文主要研究阻抗控制和疊片設計。

阻抗控制

在阻抗控制中，電路板中的導體會有各種訊號傳輸，為了提高傳輸速率，必須新增其頻率，如果線路本身由於腐蝕、堆疊厚度、線寬等不同因素，會引起阻抗值的變化，導致訊號失真。 囙此，高速電路板上導體的阻抗值應控制在一定範圍內，稱為“阻抗控制”。

PCB軌跡的阻抗將由其電感和電容電感、電阻和電導率係數確定。 影響PCB佈線阻抗的主要因素有：銅線的寬度、銅線的厚度、介質的介電常數、介質的厚度、焊盤的厚度、地線的路徑、佈線周圍的佈線等。PCB阻抗範圍為25至120歐姆。

實際上，PCB傳輸線通常由跡線、一個或多個參攷層和絕緣材料組成。 跡線和層形成控制阻抗。 PCB通常是多層的，控制阻抗可以用多種方式構造。 然而，無論使用何種方法，阻抗值將由其物理結構和絕緣材料的電力特性决定：

訊號跡線的寬度和厚度

跡線兩側的堆芯或預填充資料的高度

跡線和板的配寘

鐵芯和預填充資料的絕緣常數

PCB傳輸線有兩種主要形式：微帶線和帶狀線。

微帶線：

微帶線是一種條形導體，其基準面僅在一側，頂部和側面暴露在空氣中（或有塗層），位於絕緣常數Er電路板表面上方，以電源或接地為基準。 如下所示：

預浸料/芯絕緣層的概念。

PP（預浸料）是一種介電材料，由玻璃纖維和環氧樹脂組成。 芯實際上是一種PP介質，但其兩側覆蓋銅箔，而PP則不是。 製造多層板時，芯材和PP通常一起使用，PP用於芯材和芯材之間的粘合。

PCB層壓設計中的注意事項

（1）翹曲問題

PCB的層設計應對稱，即每層介質層和銅層的厚度應對稱。 以六層為例，頂部GND和底部電源介質的厚度應與銅的厚度一致，GND-L2和L3電源介質的厚度應與銅的厚度一致。 層壓時不會變形。

（2）訊號層應與相鄰基準面緊密耦合（即訊號層與相鄰銅塗層之間的中厚應非常小）； 電源銅修整和接地銅修整應緊密耦合。

（3）在非常高速的情况下，可以添加額外的層來隔離訊號層，但建議不要隔離多個電源層，這可能會導致不必要的雜訊干擾。

（4）典型層壓設計層的分佈如下表所示。