PCB阻抗匹配設(shè)計(jì)技術(shù)要求及方法

阻抗匹配和降低傳輸線損耗是高速印刷電路板（PCB）的重要指標(biāo)。 阻焊層作為PCB的重要組成部分，對(duì)外部傳輸線的阻抗和損耗影響很大。 對(duì)于高速PCB的設(shè)計(jì)和制造，了解阻焊層對(duì)阻抗和損耗的影響以及如何降低阻焊層對(duì)PCB電性能的影響是很重要的。 本文對(duì)比分析了非阻焊層和阻焊油墨覆蓋前后PCB電性能的變化，重點(diǎn)研究了常規(guī)阻焊油墨對(duì)外部傳輸線阻抗和損耗的影響，可以 為高速PCB設(shè)計(jì)和阻抗匹配設(shè)計(jì)提供參考數(shù)據(jù)。 我們焊錫油墨的介電常數(shù)一般為4.0，損耗因數(shù)為0.02-0.04。

一、前言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子產(chǎn)品不斷向著高密度、多功能、高頻、高速信號(hào)傳輸?shù)姆较虬l(fā)展。 目前，骨干網(wǎng)的信號(hào)傳輸頻率已經(jīng)達(dá)到100Gbit/s，相應(yīng)的單信道傳輸速率也達(dá)到了10Gbit/s甚至25Gbit/s，高速信號(hào)傳輸保持著快速發(fā)展的態(tài)勢(shì)。 信號(hào)傳輸?shù)母咚侔l(fā)展使得信號(hào)傳輸過(guò)程中更容易出現(xiàn)反射、串?dāng)_等信號(hào)完整性問(wèn)題。 傳輸速率越快，信號(hào)損失越大。 如何減少信號(hào)在傳輸過(guò)程中的損失，保證信號(hào)的完整性，是高速PCB發(fā)展面臨的巨大挑戰(zhàn)。

二、阻抗的主要類型及影響因素

阻抗（Zo）的定義：已知頻率的交流電流流過(guò)它所引起的總電阻稱為阻抗（Zo）。 對(duì)于印刷電路板，它是指在高頻信號(hào)下信號(hào)層到其最近的參考平面的總阻抗。

2.1阻抗型：

(1)特性阻抗在計(jì)算機(jī)、無(wú)線通訊等電子信息產(chǎn)品中，PCB電路中傳輸?shù)哪芰渴怯呻妷汉蜁r(shí)間組成的方波信號(hào)(稱為脈沖)，它遇到的電阻稱為特性阻抗。

(2)差分阻抗驅(qū)動(dòng)端輸入兩個(gè)極性相反的相同信號(hào)波形，分別通過(guò)兩條差分線傳輸，在接收端將兩個(gè)差分信號(hào)相減。 差分阻抗是兩條線之間的阻抗Zdiff。

(3)奇模阻抗 兩條線中一條線對(duì)地的阻抗 Zoo 是相同的。

(4)偶模阻抗驅(qū)動(dòng)端輸入極性相同的兩個(gè)相同信號(hào)波形連接兩條線時(shí)的阻抗Zcom。

(5)共模阻抗 兩條線中一條線對(duì)地的阻抗Zoe相同，通常大于奇模阻抗。

其中，特性和差分是共阻抗，共模和奇模很少見(jiàn)。

2.2影響阻抗的因素：

W——阻抗隨線寬/線寬增加而減小，阻抗隨距離增加而增加；

H——阻抗隨絕緣厚度的增加而增加；

T——阻抗隨銅厚的增加而減??；

H1——阻抗隨綠油厚度的增加而降低；

Er——介電常數(shù)參考層DK值增大，阻抗減??；

Undercut - 阻抗隨著 - W1-W undercut 的增加而增加。

三、阻抗計(jì)算自動(dòng)化

如今，業(yè)界最常用的阻抗計(jì)算工具是 Polar 提供的 Si8000 Field Solver。 Si8000是一款全新的邊界元法場(chǎng)效應(yīng)計(jì)算軟件，它建立在我們熟悉的早期Polar阻抗設(shè)計(jì)系統(tǒng)的用戶界面之上。 該軟件包括各種阻抗模塊。 人員通過(guò)選擇具體模塊，輸入線寬、線距、介質(zhì)層厚度、銅厚、Er值等相關(guān)數(shù)據(jù)，即可計(jì)算出阻抗結(jié)果。 一塊PCB的阻抗控制數(shù)量從4~5組到幾十組不等。 每組都有不同的控制線寬、介質(zhì)厚度、銅厚等，如果逐一核對(duì)數(shù)據(jù)，然后手動(dòng)輸入相關(guān)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，既費(fèi)時(shí)又容易出錯(cuò)。 PCB制造商、PCB設(shè)計(jì)師和PCBA制造商將講解PCB阻抗匹配設(shè)計(jì)的技術(shù)要求和方法。