PCB科技 - 阻抗計算與PCB基板

什麼是 PCB阻抗？

在具有電阻、電感和電容的電路中，交流的障礙稱為阻抗。 在特定頻率下，在電子設備的傳輸訊號線中，相對於GND和VCC，高頻訊號或電磁波在傳播過程中的電阻稱為特徵阻抗，是電阻、電感電抗和電容電抗的向量和。 阻抗的組織是歐姆，通常用Z表示。

阻抗計算公式

一般來說，阻抗的影響因素是訊號線寬w、訊號線寬t、介電層厚度h和介電常數dk。一般來說，阻抗與介電常數成反比，與介電層厚度成正比，與線寬成反比， 與銅厚度成反比。

阻抗計算公式

在直流電和交流電中，電阻對兩種電流都有阻礙作用； 作為常見元器件，除了電阻還有電容和電感，這兩者對交流電和直流電的作用就不像電阻那樣都有阻礙作用了。 電容是“隔直通交”，就是對直流電有隔斷作用，就是直流不能通過。

而交流電可以通過，而且隨著電容值的增大或者交流電的增大，電容對交流電的阻礙作用越小，這種阻礙作用可以理解為“電阻”，但是不等同於電阻，這是一種電抗，電抗和電阻組織一樣，合稱“阻抗”。 當然，準確的說，“阻抗”應該有三個部分。

除了這兩個，就是“感抗”。 感抗就是電感對電流的阻礙作用，和電容不同，電感對直流電無阻礙作用（如果嚴謹的研究的話，在通電達到飽和之前的那個短暫的幾毫秒的暫態內，也是有阻礙的）對交流有阻礙作用，感抗的組織和容抗以及電阻的組織都一樣是歐姆。

與阻抗 計算相關的參數

1、電路導線的特性阻抗

2、絕緣材料的介電常數

3、電路導線和參攷表面之間的介質厚度

4、電路導線的寬度

5、電路導線的厚度

以下為四種阻抗計算

阻抗計算之一

阻抗計算之二

阻抗計算之三

阻抗計算之四

阻抗計算的幾個注意事項

1、電路線路寬寧願寬，不要細。

因為我們知道制程裏存在細的極限，寬是沒有極限的。 如果到時候PCB基板廠為了調阻抗把線寬調細而碰到細的極限時那就麻煩了，要麼新增成本，要麼放鬆阻抗管控，要麼修改設計。 所以在計算時相對寬就意味著目標阻抗稍微偏低，比如50歐姆，我們算到49歐姆就可以了，儘量不要算到51歐姆。

2、阻抗計算整體呈現一個趨勢。

我們的阻抗計算設計中可能有多個阻抗管控目標，那麼就整體偏大或偏小，不要100歐姆的偏大，90歐姆的偏小

3、考慮PCB基板殘銅率和流膠量。

當半固化片一邊或兩片是蝕刻線路時，壓合過程中膠會去填補蝕刻的空隙處，這樣兩層間的膠厚度會减小，殘銅率越小，填的越多，剩下的越少。 所以如果你需要的兩層間半固化片厚度是5mil，要根據殘銅率選擇稍厚的半固化片

4、給PCB基板廠指定玻璃布型號和含膠量。

看過板材datasheet都知道不同的玻璃布，不同的含膠量的半固化片或者芯板的節點係數是不同的，即使是差不多高度的也可能是3.5和4的差別，這個差別可以引起單線阻抗3歐姆左右的變化。 另外玻纖效應和玻璃布開窗大小密切相關，如果你是10Gbps或更高速的設計，而你的疊層又沒有指定資料，PCB基板廠用了單張1080的資料，那就可能出現信號完整性問題。

5、多和PCB基板廠溝通

當然PCB基殘銅率和流膠量有時候計算會有誤差，新材料的介電係數有時和標稱不一致，有的玻璃布PCB基板廠沒有備料等等都會造成設計的疊層實現不了或者交期延後。 出現這些情况的時候，最好的辦法就是在設計之初讓PCB基板廠按設計師的要求，根據他們的經驗設計個疊層，經過多次的溝通和確認，這樣最多幾個來回就可以得到理想的疊層，方便後續的設計。

隨著客戶產品的升級換代，逐步向智能化方向發展，對PCB基板阻抗的要求越來越嚴格，這也促進了阻抗計算設計與阻抗管控製程的不斷成熟。