PCB阻抗匹配设计有什么技术要求？可以使用那些方法设计？

阻抗匹配和降低传输线损耗是高速印制电路板（PCB）重要指标，而阻焊层作为PCB的重要组成部分，其对外层传输线的阻抗和损耗均有较大的影响。对于高速PCB设计和制造而言，了解阻焊层对阻抗、损耗的影响程度以及如何减少阻焊层对PCB电性能的影响有着重要的意义。本文对比分析了无阻焊层和覆盖阻焊油墨前后PCB电性能变化，并重点分析了常规阻焊油墨对外层传输线阻抗和损耗的影响，可为高速PCB设计和阻抗匹配设计提供参考数据。我司阻焊油墨介电常数一般在4.0，损耗因子0.02-0.04。

1、 前言

随着科技发展，电子产品不断朝着高密度化、多功能化及信号传输高频化、高速化方向发展，目前骨干网信号传输频率已经高达100Gbit/s，相应地单通道传输速率也高达10Gbit/s甚至25Gbit/s，且信号传输高速化扔保持着迅猛的发展趋势。信号传输的高速化发展使得信号传输过程中更容易出现反射、串扰等信号完整性问题，且传输速率越快，信号损耗也就越大，如何降低信号在传输过程中的损耗、保证信号完整性是高速PCB发展中面临的巨大挑战。

2、阻抗主要类型及影响因素

阻抗（Zo）定义：对流经其中已知频率之交流电流所产生的总阻力称为阻抗（Zo）。对印刷电路板而言，是指在高频讯号之下，某一线路层（signal layer）对其最接近的相关层（reference plane）总合之阻抗。

2.1 阻抗类型：

（1）特性阻抗　在计算机﹑无线通信等电子信息产品中， PCB的线路中的传输的能量， 是一种由电压与时间所构成的方形波信号（square wave signal， 称为脉冲pulse），它所遭遇的阻力则称为特性阻抗。

（2）差动阻抗　驱动端输入极性相反的两个同样信号波形，分別由两根差动线传送，在接收端这两个差动信号相減。差动阻抗就是两线之間的阻抗Zdiff。

（3）奇模阻抗　两线中一线對地的阻抗Zoo，两线阻抗值是一致。

（4）偶模阻抗　驱动端输入极性相同的两个同样信号波形， 將两线连在一起时的阻抗Zcom。

（5）共模阻抗　两线中一线对地的阻抗Zoe，两线阻抗值是一致，通常比奇模阻抗大。

其中特性和差动为常见阻抗，共模与奇模等很少见。

2.2 影响阻抗的因素：

W—–线宽/线间　线寬增加阻抗变小，距离增大阻抗增大；

H—-绝缘厚度　厚度增加阻抗增大；

T——铜厚　铜厚增加阻抗变小；

H1—绿油厚　厚度增加阻抗变小；

Er—–介电常数　参考层　DK值增大， 阻抗減小；

Undercut—-W1-W　undercut增加， 阻抗变大。

3、阻抗计算自动化

如今，我们业界最常用的阻抗计算工具是Polar公司提供的Si8000 Field Solver，Si8000是全新的边界元素法场效解计算器软件，建立在我们熟悉的早期Polar阻抗设计系统易于使用的用户界面之上。此软件包含各种阻抗模块，人员通过选择特定模块，输入线宽，线距，介层厚度，铜厚，Er值等相关数据，可以算出阻抗结果。一个PCB阻抗管控数目少则4，5组，多则几十组，每一组的管控线宽，介层厚度，铜厚等都不同，如果一个个去查数据，然后手动输入相关参数计算，非常费时且容易出错。

下面，将介绍Si8000软件自动地进行阻抗设计的参数

阻抗匹配图

阻抗匹配图

阻抗匹配图

阻抗匹配图

阻抗匹配图

4.结论：

对于外层单端线和外层查分线，设计阻抗值越大，印刷阻焊油墨后阻抗降低越多。

1.1设计值为60Ω的单端微带线覆盖阻焊油墨后阻抗下降4.3Ω

1.2设计值为50Ω的单端微带线覆盖阻焊油墨后阻抗下降2.8Ω

1.3设计值为40Ω的单端微带线覆盖阻焊油墨后阻抗下降2.0Ω

2.1设计值为110Ω的差分线覆盖阻焊油墨后阻抗下降10.1Ω

2.2设计值为100Ω的差分线覆盖阻焊油墨后阻抗下降8.5Ω

2.3设计值为80Ω的差分线覆盖阻焊油墨后阻抗下降5.0Ω

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