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在硬件設(shè)計(jì)過程中，當(dāng)原理圖設(shè)計(jì)完成后需要提交EDA團(tuán)隊(duì)進(jìn)行PCB的繪制，其中傳輸線阻抗的控制是重要的一項(xiàng)內(nèi)容。在提交PCB設(shè)計(jì)說明書時(shí)，需要對線寬/線間距做出要求；在PCB設(shè)計(jì)過程中，需要與EDA設(shè)計(jì)人員進(jìn)行溝通，可能會對線寬/線間距、相鄰層厚度做適當(dāng)調(diào)整；在提交PCB制版后，廠家會結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)條件進(jìn)行阻抗調(diào)整，這也需要硬件開發(fā)人員進(jìn)行確認(rèn)。因此，作為硬件開發(fā)人員，需要對傳輸線阻抗的原理和計(jì)算方法有所了解。傳輸線阻抗控制主要有兩種：單端阻抗和差分阻抗。單端阻抗的阻值一般控制在50歐姆左右，差分阻抗一般控制在100歐姆左右。接下來介紹傳輸線特征阻抗的等效模型，并結(jié)合具體單板PCB設(shè)計(jì)，介紹如何利用Polar Si9000工具進(jìn)行特征阻抗的計(jì)算。

一、傳輸線的等效模型

1. 等效模型及參數(shù)

圖1：傳輸線等效模型傳輸線等效模型如圖1示，其中各參數(shù)如下：1、銅層厚度（T1）2、PCB板跡線的上下線寬（W2，W1）3、絕緣層厚度（H1）4、介電常數(shù)（Er1）5、若為差分線，則還有一個(gè)參數(shù)線間距（S1）。

2．參數(shù)說明

特征阻抗主要與線寬，絕緣層厚度等參數(shù)有關(guān)。線寬越大，特征阻抗越??；絕緣層越厚，相應(yīng)的特征阻抗越大。阻抗控制采用以下參數(shù)：介質(zhì)常數(shù)（Er1）：4.0，F(xiàn)R4材料。下線寬（W1）：設(shè)計(jì)線寬（假設(shè)為W）；上線寬（W2）：外層走線=W-1；內(nèi)層走線=W-0.5；銅層厚度（T1）：分為表層與內(nèi)層，如下表。需電鍍填銅層銅厚（表層）：

電鍍填銅層基銅銅厚（OZ）	1/3 OZ	1/2OZ	1 OZ
計(jì)算銅厚（mil）	1.7	2.0	2.7

非電鍍填銅層銅厚（內(nèi)層）

非電鍍填銅層銅厚（OZ）	1/2OZ	1 OZ	1.5OZ
計(jì)算銅厚（mil）	0.6	1.2	2.56

以上參數(shù)所得的計(jì)算結(jié)果，還應(yīng)考慮到外層綠油覆蓋對阻抗的影響，因此外層單線要減去3歐姆，外層差分線要減去9歐姆，為廠家加工后的實(shí)際阻抗值。

二、具體計(jì)算實(shí)例：

計(jì)算所使用的PCB模型為某低速業(yè)務(wù)板工裝測試背板，有18層，其結(jié)構(gòu)如下：表1：

L1	---------------------------------------	0.5oz +電鍍
	PP 2116 4.495mil
L2		1oz
	CORE 0.21 8.27mil
L3	---------------------------------------	1oz
	PP 1080+7628 9.445mil
L4	---------------------------------------	1oz
	CORE 0.21 8.27mil
L5	---------------------------------------	1oz
	PP 1080+7628 9.445mil
L6	---------------------------------------	1oz
	CORE 0.21 8.27mil
L7	---------------------------------------	1oz
	PP 1080+7628 9.82mil
L8	---------------------------------------	1oz
	CORE 0.15 5.9mil
L9	---------------------------------------	1oz
	PP 3313 3.42mil
	CORE 1(0.5oz) 37.99mil
	PP 3313 3.37mil
L10	---------------------------------------	1oz
	CORE 0.15 5.9mil
L11	---------------------------------------	1oz
	PP 1080+7628 9.8325mil
L12	---------------------------------------	1oz
	CORE 0.21 8.27mil
L13	---------------------------------------	1oz
	PP 1080+7628 9.4575mil
L14	---------------------------------------	1oz
	CORE 0.21 8.27mil
L15	---------------------------------------	1oz
	PP 1080+7628 9.445mil
L16	---------------------------------------	1oz
	CORE 0.21 8.27mil
L17	---------------------------------------	1oz
	PP 2116 4.495mil
L18	----------------------------------------	0.5oz+電鍍

表2：

阻抗計(jì)算值
層別	調(diào)整線寬/線間距	計(jì)算值(ohm)	H1(mil)	Er1	H2(mil)	Er2
L1/18	7.6 mil to 7 mil	49.6	4.5	3.95
L1/18	7/13.5 mil to 5.9/14.6 mil	98.3	4.5	3.95
L3/16/5/14	7.6 mil	49.6	8.27	3.95	10.7	3.93
L3/16/5/14	7/13.5 mil	98.1	8.27	3.95	10.7	3.93
L7/12	7.6 mil	50	8.27	3.95	11.07	3.93
L7/12	7/13.5 mil	98.7	8.27	3.95	11.07	3.93
L9/10	7.6 mil to 8 mil	51.5	5.9	3.65	53.18	3.89
L9/10	7/13.5 mil	99.1	5.9	3.65	53.18	3.89

L9的屏蔽層為:		L8/L11
L10的屏蔽層為:		L8/L11
其他層鄰層屏蔽

2.1 表層（L1/L18）單端阻抗計(jì)算：（單位：mil）

參數(shù)說明：H1為絕緣層的厚度4.5mil；W1= 7.0mil；W2= W1-1=6.0mil；T1=2. 0 mil；Er1=4；計(jì)算結(jié)果：Z0=53.99歐姆。加工后的實(shí)際阻抗應(yīng)為：Z0′=Z0-3=50.99歐姆與廠家所給出的阻抗值基本一致。

2.2表層（L1/L18）差分線阻抗計(jì)算：（單位：mil）

參數(shù)說明：H1為絕緣層的厚度4.5mil；W1= 5.9mil；W2=4.9mil；S1= 14.6 mil；T1=2.2mil；Er1=4；計(jì)算結(jié)果：Z0=110.78歐姆。加工后的實(shí)際阻抗應(yīng)為：Z0′=Z0-9=101.78歐姆與廠家所給出的阻抗值基本一致。

2.3內(nèi)層（L3/L10）單端阻抗計(jì)算：（單位：mil）

以L3層為例，參數(shù)設(shè)置如下：

參數(shù)說明：H1為絕緣層厚度8.27mil。Er1為3.95；W1=7.6 mil；W2= W1-0.5=7.1mil；T1=1.2mil；Er2 =3.93；H2為芯板的厚度加上銅箔的厚度為10.7mil計(jì)算結(jié)果：Z0=49.91歐姆。與廠家所給出的阻抗值基本一致。

2.4內(nèi)層差分線（L3/L10）阻抗計(jì)算：（單位：mil）

以L3層為例，參數(shù)設(shè)置如下：

參數(shù)說明：H1為絕緣層的厚度8.27mil。Er1為3.95；W1 =7 mil；W2= W1-0.5=6.5mil；S1 =13.5 mil；T1=1.2mil；Er2 =3.93；H2為絕緣層的厚度加上銅箔的厚度，為10.7mil計(jì)算結(jié)果：Z0=98.86歐姆。與廠家所給出的阻抗值基本一致。

2.5 相鄰信號層的阻抗計(jì)算

理論上相鄰信號層的阻抗計(jì)算應(yīng)該用如下模型，如第9第10兩層。但是這樣非常繁瑣，可以簡化成2.3，2.4中所述的模型，實(shí)際廠家給出的參數(shù)也證明了這一點(diǎn)。只要將H1，H2，Er1 ,Er1作相應(yīng)調(diào)整即可，具體參數(shù)見表1，表2中所示。

三、總結(jié)

本文介紹了傳輸線特征阻抗的等效模型，并結(jié)合具體單板PCB設(shè)計(jì)，介紹了利用Polar Si9000工具計(jì)算特征阻抗的方法，希望能對大家有所幫助。
審核編輯：李倩

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