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1、PCB特性阻抗的設(shè)計【摘??要】本文對要求特性阻抗控制的印制板的典型結(jié)構(gòu)和可制造性進(jìn)行了討論，給設(shè)計者提供了一套實用的參考資料，使設(shè)計滿足實際生產(chǎn)工藝的要求。【關(guān)鍵詞】特性阻抗??高速??高頻??PCB設(shè)計一、前言????隨著科技技術(shù)的進(jìn)步，集成電路集成度提高和應(yīng)用、電路的工作速度愈來愈快，信號傳輸頻率和速度愈來愈高，印制板上的導(dǎo)線必須扮演高性能的傳輸線，將輸出端的信號完整，準(zhǔn)確的傳送到接收器件的輸入端。常規(guī)印制線路板用在高速，高頻信號時則使得低頻電路中所沒有出現(xiàn)的阻抗匹配問題表面化。任何元件盡管有很高的
2、傳輸頻率，經(jīng)過PCB導(dǎo)線傳輸后，原來很高的頻率就降低下來或時間廷遲了。由于高速零件的廣泛應(yīng)用，致使民路板必須跟上時代的腳步與之適應(yīng)。????在高性能的PCB設(shè)計時，當(dāng)信號頻率增加，典型的是當(dāng)頻率達(dá)200-300MHZ以上時，對PCB線條的要求就更嚴(yán)格了[5]。理論證實當(dāng)阻抗匹配時信號線的信號傳輸值最大[5]。此時輸入端和輸出端信號頻率一致，沒有減少或廷遲。但隨著電子元器件工作頻率加快脈沖周期縮短，PCB導(dǎo)線長度接近于元件發(fā)送的信號速度（或波長）的某一范圍時，這時候元件的信號在PCB導(dǎo)線傳輸時就會出現(xiàn)明顯的
3、“失真”。當(dāng)信號在PCB導(dǎo)線中傳輸時，若導(dǎo)線的長度接近信號波長的1/7，此時的導(dǎo)線便成為信號傳輸線。[3.5]原來的傳輸信號線應(yīng)愈短愈好，這樣就可以把傳輸線當(dāng)成普通的導(dǎo)線來對待；所以提高PCB的布線密度和縮小導(dǎo)線長充是有利的；PCB結(jié)構(gòu)小尺寸，短導(dǎo)線，高密度互連（HDI）很適合高頻信號或高速邏輯信號的傳送。高密度布線時，介質(zhì)層愈薄，相互間串?dāng)_就會越??；盡可能的減少平行線，避免相互干擾，因為相鄰導(dǎo)線互為平行走線時，會產(chǎn)生電感和電容從而產(chǎn)生更大的串?dāng)_，這是產(chǎn)生雜音信號的原因，因此相鄰導(dǎo)線間的走向互相垂直步設(shè)或
4、采用階梯斜向45°走線；相鄰兩導(dǎo)線層間也應(yīng)互相垂直布線以減少或消除平行線?？傊捎诩夹g(shù)的進(jìn)步，印制線路板已不僅是一個簡單的互連工具，也就是說PCB的線路已不再是簡單的導(dǎo)線，還必須扮演良好的傳輸線，特性阻抗的控制值是高性能PCB設(shè)計和生產(chǎn)最重要的技術(shù)項目之一。所以必須對其信號線，介質(zhì)層，接地層等所共處的系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行小心的控制，才能達(dá)到相應(yīng)的質(zhì)量要求。控制阻抗值可避免信號的損失，進(jìn)而必須改變PCB的制造技術(shù)。但大家都知道，再好的PCB制造技術(shù)，如果沒有設(shè)計人員的好的PCB設(shè)計理念，設(shè)計思想，以及對PCB工
5、藝技術(shù)了解，不可能生產(chǎn)出符合設(shè)計者初衷的板子，也滿足不了實際應(yīng)用的需要。在內(nèi)層結(jié)構(gòu)中通常采用帶狀線和雙帶狀線結(jié)構(gòu)。帶狀線是指鑲嵌在兩個交流地層間的薄細(xì)導(dǎo)線，與微帶線比較每層電路與地的電子耦合更近，只不過是兩個基準(zhǔn)層之間有兩個信號層，兩個信號層之間導(dǎo)線通?；ハ啻怪保沟脤娱g一行和串?dāng)_降至最低，這些都是影響產(chǎn)品最終性能的重要因素。因此將探計什么因素會影響阻抗值，引起阻抗的不匹配，進(jìn)而探討控制材料，介質(zhì)層厚度，尺寸等以達(dá)到控制特性阻抗值，獲得良好的阻抗匹配以有利于信號的有效傳播。????需要控制特性阻抗的印制線
6、路板類型越來越多，比如：電信，高速的計算機(jī)板，雷達(dá)，軍方應(yīng)用等等，最常見的如MODEMS，無繩電話，模擬電視，DVD，CD及彩色打印機(jī)等等[5]。多層印制線路板最適合于制作控制特性阻抗的互連導(dǎo)線。控制特性阻抗將以嚴(yán)格的方式構(gòu)成。a.線的寬度和厚度；b.兩面的介質(zhì)層或半固化片的厚度；c.介質(zhì)層或半固化片材料的介電常數(shù)“dielectricconstrant”;d.詳細(xì)的構(gòu)造；????特性阻抗與PCB設(shè)計的布局和走線方式密切相連，種類很多，下面僅就典型幾種常用的結(jié)構(gòu)進(jìn)行討論，以此為設(shè)計者提供一些參考。二、常用
7、有特性阻抗的PCB結(jié)構(gòu)常用結(jié)構(gòu)形式：（圖1，2，3是特性阻抗，圖4，5，6為差分阻抗）（H=絕緣介質(zhì)層高度????H1=絕緣介質(zhì)層厚度????W=線寬????T=線厚）??????在印制板生產(chǎn)過程中，根據(jù)我們單位實際生產(chǎn)的特性阻抗要求的PCB，微帶線為涂覆的表面微帶線和表面涂覆的差分微帶線兩種最為常見。其中優(yōu)以50Ω的表面微帶線和100Ω的差分線為最多，當(dāng)然也有60Ω和75Ω等情況。下面就可以簡單的50Ω表面微帶線為例談?wù)勗谠O(shè)計時應(yīng)當(dāng)注意的問題，其他的情況以此類推。表面微帶線：根據(jù)IPC計算公式[4]可以
8、看出，特性阻抗值與Er，H，W，T密切相關(guān)，改變H，W，Er，T值的大小會對Z0有影響，下面是Z0=50Ω時，相應(yīng)的Er約為4.6，H為62mil，W1為110mil，T為1.4mil典型的表面微帶線結(jié)構(gòu)[2]，相應(yīng)改變H，W，Er和T對應(yīng)的圖形。????由此可見各種參數(shù)對Z0的影響程度是不同的，影響最大的是介質(zhì)厚度H，其次是介質(zhì)常數(shù)Er和導(dǎo)線寬度W，影響最小的是導(dǎo)線厚度T。但當(dāng)基板材選好，對PCB的生產(chǎn)者而言，介質(zhì)常數(shù)變化小
