PCB特性阻抗的設計.doc

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1、PCB特性阻抗的設計【摘??要】本文對要求特性阻抗控制的印制板的典型結構和可制造性進行了討論，給設計者提供了一套實用的參考資料，使設計滿足實際生產工藝的要求?！娟P鍵詞】特性阻抗??高速??高頻??PCB設計一、前言????隨著科技技術的進步，集成電路集成度提高和應用、電路的工作速度愈來愈快，信號傳輸頻率和速度愈來愈高，印制板上的導線必須扮演高性能的傳輸線，將輸出端的信號完整，準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，經過PCB導線傳輸后，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用，致使民路板必須跟上時代的腳步與之適應。????在高性能的PCB設計時，當信號頻率增加，典型的是當頻率達200-300MHZ以上時，對PCB線條的要求就更嚴格了[5]。理論證實當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導線傳輸時就會出現(xiàn)明顯的

3、“失真”。當信號在PCB導線中傳輸時，若導線的長度接近信號波長的1/7，此時的導線便成為信號傳輸線。[3.5]原來的傳輸信號線應愈短愈好，這樣就可以把傳輸線當成普通的導線來對待；所以提高PCB的布線密度和縮小導線長充是有利的；PCB結構小尺寸，短導線，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，介質層愈薄，相互間串擾就會越小；盡可能的減少平行線，避免相互干擾，因為相鄰導線互為平行走線時，會產生電感和電容從而產生更大的串擾，這是產生雜音信號的原因，因此相鄰導線間的走向互相垂直步設或

4、采用階梯斜向45°走線；相鄰兩導線層間也應互相垂直布線以減少或消除平行線?？傊?，由于技術的進步，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設計和生產最重要的技術項目之一。所以必須對其信號線，介質層，接地層等所共處的系統(tǒng)的參數進行小心的控制，才能達到相應的質量要求。控制阻抗值可避免信號的損失，進而必須改變PCB的制造技術。但大家都知道，再好的PCB制造技術，如果沒有設計人員的好的PCB設計理念，設計思想，以及對PCB工

5、藝技術了解，不可能生產出符合設計者初衷的板子，也滿足不了實際應用的需要。在內層結構中通常采用帶狀線和雙帶狀線結構。帶狀線是指鑲嵌在兩個交流地層間的薄細導線，與微帶線比較每層電路與地的電子耦合更近，只不過是兩個基準層之間有兩個信號層，兩個信號層之間導線通?；ハ啻怪?，使得層間一行和串擾降至最低，這些都是影響產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，進而探討控制材料，介質層厚度，尺寸等以達到控制特性阻抗值，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，高速的計算機板，雷達，軍方應用等等，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線。控制特性阻抗將以嚴格的方式構成。a.線的寬度和厚度；b.兩面的介質層或半固化片的厚度；c.介質層或半固化片材料的介電常數“dielectricconstrant”;d.詳細的構造；????特性阻抗與PCB設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構進行討論，以此為設計者提供一些參考。二、常用

7、有特性阻抗的PCB結構常用結構形式：（圖1，2，3是特性阻抗，圖4，5，6為差分阻抗）（H=絕緣介質層高度????H1=絕緣介質層厚度????W=線寬????T=線厚）??????在印制板生產過程中，根據我們單位實際生產的特性阻抗要求的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表面微帶線為例談談在設計時應當注意的問題，其他的情況以此類推。表面微帶線：根據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，改變H，W，Er，T值的大小會對Z0有影響，下面是Z0=50Ω時，相應的Er約為4.6，H為62mil，W1為110mil，T為1.4mil典型的表面微帶線結構[2]，相應改變H，W，Er和T對應的圖形。????由此可見各種參數對Z0的影響程度是不同的，影響最大的是介質厚度H，其次是介質常數Er和導線寬度W，影響最小的是導線厚度T。但當基板材選好，對PCB的生產者而言，介質常數變化小