关于PCB板“阻抗”的小知识和阻抗计算小工具

时间：2021-11-29 17:17:39

关键字： PCB 阻抗计算

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[导读]PCB工程师在设计PCB时，对于高速电路板或电路板上的关键信号会经常涉及到到“做阻抗”、“阻抗匹配“的这些问题。首先解释下什么是阻抗匹配：阻抗要求是为确保电路板上高速性号的完整性而提出，它对高速数字系统正常稳定运行起到了关键性因素，在高速系统中，关键信号线不能当成是普通的传输线来...

PCB工程师在设计PCB时，对于高速电路板或电路板上的关键信号会经常涉及到到“做阻抗”、“阻抗匹配“的这些问题。

首先解释下什么是阻抗匹配：阻抗要求是为确保电路板上高速性号的完整性而提出，它对高速数字系统正常稳定运行起到了关键性因素，在高速系统中，关键信号线不能当成是普通的传输线来看待，必需要考虑其特性阻抗，若关键传输线的阻抗没有达到匹配，可能会导致信号反射、反弹，损耗，原本良好的信号波形变形（上冲、下冲、振铃现象），其将直接影响电路的性能甚至功能。每次工程师们画完PCB后，如果对于有”做阻抗“需求的PCB时，就必需要在工艺要求文件里附上阻抗需求（包括哪些线路、做多大值的阻抗、控制误差在多少等信息）以上是PCB制造的一个工艺要求表，PCB上通常如果有非常多的关键信号要做阻抗，则可以单独附个文档，将要进行阻抗控制的线路显示出来，并说明要做的值和误差，电路板厂就会对这些”重要信号“线进行调整控制。而阻抗值这些信息是怎么来的？通常是芯片规格手册上、方案要求上、或者一些业界都认统一认可以参数值。对于非电子专业的朋友来看PCB板上的走线，其实对于高速信号来说，线路并不是仅仅从A连通到B这么简单了，还要考虑”阻抗因素“，这个因素会直接关系到信号是否完整的从A点传到了B点。这就和上图的蛇形走线道理一样，对于信号传输不了解的话，就理解不了为什么这条线不直接拉直，两点之间，不是线段最短吗，线路了，损耗也小吗？非也，在电子线路里，特别是高速信号里，讲的是匹配性，信号传输是有时间的，线路越长，时间也会长，时序不一样，就会影响性能问题，当然对于低速，这些都没有影响。如果阻抗不匹配，那么信号传输过程中会存在非常大的失真、衰减，而最后影响到功能，轻则不稳定或者传输速度下降，重则直接罢工直接功能实现不了。而不同信号的阻抗值不一样，差分线要求阻抗一般在１００欧或１２０欧，比如高速USB、HDMI信号。单端阻抗要求在５０欧＼７５欧等等，这些要求，就是PCB工程师自己去确定的事，PCB板厂则根据你的要求，结合他们的材料＼PCB文件线路设计，使用阻抗软件工具进行调整，最后使用设备测试，让它达到要求值。这是板厂使用的阻抗计算的软件。
那么影响”阻抗“的因素是哪些呢？大家记录一下：它包括：线宽、线距、叠层、PCB板材介质及厚度等这都是影响阻抗的因素。板厂工程师就是通过调整这些值来满足要求。实际中主要是通过控制导线宽度、叠层来控制阻抗（因为PCB基材＼厚度都是个定值，比较好动的就是线宽＼线距参数了）。阻抗线是有分几种类型的，不同类型，板厂工程在软件里计算的时候用的对象都是不一样的，这里大家都要注意下。所以PCB工程师要学会如何用PCB阻抗计算软件来计算当前设计的线路是否满足阻抗值是很有必要的（前提是知道板厂用的板材参数能更准确）。一、阻抗线按类型分为单端阻抗、差分阻抗两种类型，说通俗点是针对的是单条传输线和一对差分线。如下图，分别是差分阻抗、单端阻抗、共面差分阻抗、共面单端阻抗：二、阻抗线按传输媒质分为带状线和微带线。带状线：信号线位于两层接地面（或电源）之间的介质内的导线（在内层，有两个参考平面）根据传输线与两接地平面的距离相同或不同，又分为对称带状线和非对称带状线。带状线的特性阻抗由导线的厚度、宽度、介电常数，及接地平面的距离有关。带状线两边都有电源或者底层，因此阻抗容易控制，同时屏蔽较好。
微带线：用电介质将导线与地（电源）平面隔开的传输线（在PCB表层，仅有一个参考平面）分两种微带线，一种是埋入的（在内层），一种是非埋入的。微带线特性阻抗由导线的厚度、宽度、基材厚度及介电常数决定。主要用于双层和多层板。下面看几种不同类型阻抗图：
一、差分阻抗
参考地平面同单端阻抗一样，唯一的差别是线宽线距也要调整有要求二、特性阻抗(单端阻抗）针对很多线做阻抗，只有下面有地平面，参照最接近的地层做，如果是内层的线则要参考最接近的2层地平面做。三、共面阻抗（共面差分和共面特性）3.1共面差分共面差分周围有均匀的铜皮围着，铜皮到阻抗线距离一致，且铜皮上有成排via孔，共面差分阻抗线下面和周边都有地平面。3.2共面特性介绍了这么多，大家对PCB的阻抗是否有点一些认识，阿昆大概总结下：
0、阻抗的作用是为了保证信号传输的完整性，确保信号从A点可以完整传到B点，不会变形失真。1、阻抗主要是针对高速信号作的要求。2、不同信号阻抗值不一样，由PCB设计工程师结合方案要求确认。3、阻抗值受PCB非常多的因素影响。4、阻抗值是通过专业的阻抗计算软件，结合阻抗类型、线宽、线距、板材、叠层、板厚、介质等因素进行综合计算。5、板厂通过设备如阻抗测试仪测试最终阻抗阻抗计算工具介绍板厂通常用的阻抗计算工具软件是Polar SI9000,.但这里给大家推荐一款阻抗介绍更方便的集成工具，其实也和Polar SI9000，但作了汉化，也更好用。这就是PCB的DFM评审工具中自带的功能。通过在软件里选择合适的阻抗类型及PCB相关参数，就可以计算出阻抗值，简单好用！大家通过如下方式下载使用！华秋DFM下载地址（需在电脑端打开）：https://dfm.elecfans.com/uploads/software/promoter/hqdfm_sdmddpj.zip你也可以通过软件web版登录快速体验：https://dfm.elecfans.com/viewer/?from=sdmddpj