PCB特性阻抗的设计.doc

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1、PCB特性阻抗的设计【摘  要】本文对要求特性阻抗控制的印制板的典型结构和可制造性进行了讨论，给设计者提供了一套实用的参考资料，使设计满足实际生产工艺的要求。【关键词】特性阻抗  高速  高频  PCB设计一、前言    随着科技技术的进步，集成电路集成度提高和应用、电路的工作速度愈来愈快，信号传输频率和速度愈来愈高，印制板上的导线必须扮演高性能的传输线，将输出端的信号完整，准确的传送到接收器件的输入端。常规印制线路板用在高速，高频信号时则使得低频电路中所没有出现的阻抗匹配问题表面化。任何元件尽管有很高的

2、传输频率，经过PCB导线传输后，原来很高的频率就降低下来或时间廷迟了。由于高速零件的广泛应用，致使民路板必须跟上时代的脚步与之适应。    在高性能的PCB设计时，当信号频率增加，典型的是当频率达200-300MHZ以上时，对PCB线条的要求就更严格了[5]。理论证实当阻抗匹配时信号线的信号传输值最大[5]。此时输入端和输出端信号频率一致，没有减少或廷迟。但随着电子元器件工作频率加快脉冲周期缩短，PCB导线长度接近于元件发送的信号速度（或波长）的某一范围时，这时候元件的信号在PCB导线传输时就会出现明显的

3、“失真”。当信号在PCB导线中传输时，若导线的长度接近信号波长的1/7，此时的导线便成为信号传输线。[3.5]原来的传输信号线应愈短愈好，这样就可以把传输线当成普通的导线来对待；所以提高PCB的布线密度和缩小导线长充是有利的；PCB结构小尺寸，短导线，高密度互连（HDI）很适合高频信号或高速逻辑信号的传送。高密度布线时，介质层愈薄，相互间串扰就会越小；尽可能的减少平行线，避免相互干扰，因为相邻导线互为平行走线时，会产生电感和电容从而产生更大的串扰，这是产生杂音信号的原因，因此相邻导线间的走向互相垂直步设或

4、采用阶梯斜向45°走线；相邻两导线层间也应互相垂直布线以减少或消除平行线。总之，由于技术的进步，印制线路板已不仅是一个简单的互连工具，也就是说PCB的线路已不再是简单的导线，还必须扮演良好的传输线，特性阻抗的控制值是高性能PCB设计和生产最重要的技术项目之一。所以必须对其信号线，介质层，接地层等所共处的系统的参数进行小心的控制，才能达到相应的质量要求。控制阻抗值可避免信号的损失，进而必须改变PCB的制造技术。但大家都知道，再好的PCB制造技术，如果没有设计人员的好的PCB设计理念，设计思想，以及对PCB工

5、艺技术了解，不可能生产出符合设计者初衷的板子，也满足不了实际应用的需要。在内层结构中通常采用带状线和双带状线结构。带状线是指镶嵌在两个交流地层间的薄细导线，与微带线比较每层电路与地的电子耦合更近，只不过是两个基准层之间有两个信号层，两个信号层之间导线通常互相垂直，使得层间一行和串扰降至最低，这些都是影响产品最终性能的重要因素。因此将探计什么因素会影响阻抗值，引起阻抗的不匹配，进而探讨控制材料，介质层厚度，尺寸等以达到控制特性阻抗值，获得良好的阻抗匹配以有利于信号的有效传播。    需要控制特性阻抗的印制线

6、路板类型越来越多，比如：电信，高速的计算机板，雷达，军方应用等等，最常见的如MODEMS，无绳电话，模拟电视，DVD，CD及彩色打印机等等[5]。多层印制线路板最适合于制作控制特性阻抗的互连导线。控制特性阻抗将以严格的方式构成。a.线的宽度和厚度；b.两面的介质层或半固化片的厚度；c.介质层或半固化片材料的介电常数“dielectricconstrant”;d.详细的构造；    特性阻抗与PCB设计的布局和走线方式密切相连，种类很多，下面仅就典型几种常用的结构进行讨论，以此为设计者提供一些参考。二、常用

7、有特性阻抗的PCB结构常用结构形式：（图1，2，3是特性阻抗，图4，5，6为差分阻抗）（H=绝缘介质层高度    H1=绝缘介质层厚度    W=线宽    T=线厚）      在印制板生产过程中，根据我们单位实际生产的特性阻抗要求的PCB，微带线为涂覆的表面微带线和表面涂覆的差分微带线两种最为常见。其中优以50Ω的表面微带线和100Ω的差分线为最多，当然也有60Ω和75Ω等情况。下面就可以简单的50Ω表面微带线为例谈谈在设计时应当注意的问题，其他的情况以此类推。表面微带线：根据IPC计算公式[4]可以

8、看出，特性阻抗值与Er，H，W，T密切相关，改变H，W，Er，T值的大小会对Z0有影响，下面是Z0=50Ω时，相应的Er约为4.6，H为62mil，W1为110mil，T为1.4mil典型的表面微带线结构[2]，相应改变H，W，Er和T对应的图形。    由此可见各种参数对Z0的影响程度是不同的，影响最大的是介质厚度H，其次是介质常数Er和导线宽度W，影响最小的是导线厚度T。但当基板材选好，对PCB的生产者而言，介质常数变化小