原创 传输线_13

Appendix5 特性阻抗的控制[10][14]

PCB制造中，总是要控制特性阻抗的值，因为只有阻抗受控，才能达到最好的信号完整性和EMC要求。现在来考虑一下，一块阻抗板是怎么做出来的。

        PCB上的走线基本上可以归类为微带线和带状线。这两种线的阻抗都可以归结为下面的比例关系：

Z= (k/e)[ln(ah/0.8w+t);其中，k,a均为比例常熟，可以参考相关书籍。

e是介质介电常数，h是走线距离介质层的高度，W是线宽，t是铜厚。计算走线的阻抗最好用软件，Polar是一个很好的软件。

但是，不管怎么计算，最后做阻抗控制的是PCB的厂家，所以，实验室里面的计算值和各个参数能不能转化为厂家可以控制的指标，是最后能不能做出阻抗板和阻抗控制精度的决定因素。

制板厂家在控制阻抗的时候，按照优先级，各个参数考虑的次序是介质层厚度h，线宽w，铜厚t，介电常数e。

 我们先说介电常数。介电常数随着频率变化，一般的介电常数的值都是指某一个频率下测量的值。不同频率下e的值显然不同。那么，厂家在控制阻抗的时候怎么选去这个值呢？实际上，他们把介电常数的值揉合到介质层厚度中，根据不同的介质层厚度，查表选取不同的e。所以，当计算阻抗的时候，理论选取的e不可能和厂家的值相同。也就说，这个值很大程度上在实验室没法控制，对于Fr-4，理论计算是可以选择4.2或4.5。如果频率很高，选择4.2更好一些。原因前面的章节已经讲过了。

这里给出一个例子。

对于h，w，t，比较容易控制。但是，应该注意的是，不是所有的h的值都可以取，因为芯板的种类有限，决定了介质层的厚度也就是那么几种，从上表也能看出这种特点。
 

线宽w。注意到在polar中，有w1，w2之分。W1称为下线宽，也就是用户设计的线宽，w2称为上线宽。这是由于在PCB制造过程中，腐蚀液从两侧攻击铜皮，造成侧蚀的现象，形成T型线。在上面提到的比例关系中，并没有这一项，所以，理论值和实践值也会有差别。那么w2的取值是什么样子的呢？这个值，不同的厂家不同！所以，在计算的时候，一个厂家的数据很可能就和另一个厂家的不同。铜厚t各个厂家也会不同。

阻焊的影响。最后的成品PCB，走线上都会铺上组焊，阻焊对阻抗也有影响，不同的厂家不同。对于单端，铺上组焊可能减少2ohm、也可能1ohm，对于差分，铺上组焊减少8ohm，也可能6ohm。

从上面的讨论可以看出，阻抗的控制很大程度上取决于厂家的工艺，实验室只能做一个初步的计算，具体的值要根据厂家来定。所以要做阻抗板，一定要和厂家联系，最好请厂家作出PCB阻抗结构，然后，根据这个结构叠层和布线。

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Reference:
[1]Introduction to Electromagnetics Compatibility. Clayton R. Paul.中文版 97年版
[1.1]Introduction to Electromagnetics Compatibility. Clayton R. Paul .2nd Edition. English
[2]High-Speed Digital Design.  Howard Johnson
[3]Digital signal integrity-modeling and simulation with interconnects and packages
[4] High-Speed Digital System Design  Grant Hall.
[5] High speed Circuit Board Signal Integrity
[6] Who's afraid of the big, bad bend?www.sigcon.com
[7]Chip-Scale Transmission Lines. www.sigcon.com/publication
[8] Electromagnetics Explained. Ron Schmitt
[9] Transmission-line Scaling www.sigcon.com/publication
[10] Passivation and Solder Mask www.sigcon.com/publication
[11] Signal integrity— simplified. Eric Bogatin
[12] How does 90 degree bend affect timing –email from Howard Johnson
[13]信号完整性问题和印制电路板设计–Douglas Brooks
[14] Why 50 Ohms. www.sigcon.com/publication
[15] 特性阻抗设计及附连边的制作简介.—迅捷星电路公司