PCB阻抗值因素与计算方法
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PCB电路板PCB阻抗计算在PCB电路板上,信号传输通过导线和平面层完成,信号的传输速度会受到导线和平面之间的阻抗匹配影响。
如果导线和平面之间的阻抗不匹配,信号反射和干扰可能会发生,导致信号品质下降甚至无法正常传输。
为了保证PCB电路板上的信号传输性能,我们需要计算和控制PCB电路板上的阻抗。
下面将介绍PCB阻抗计算的一般步骤和常见方法。
1.理论基础:PCB阻抗计算的理论基础是电磁场理论和电路分析。
其中,电磁场理论涉及导线和平面之间的电感、电容和电阻;而电路分析则涉及传输线和电源之间的线路电感、电容和电阻。
2.PCB结构:3.PCB阻抗计算的步骤:-确定所需阻抗数值:在设计PCB电路板之前,需要根据电路需求和信号特性确定所需的阻抗数值。
常见的阻抗数值有50欧姆和75欧姆。
-确定PCB结构:根据电路需求和阻抗数值,设计PCB的信号层、地层和电源层。
一般来说,信号层之间的间距较小,而信号层与地层或电源层之间的间距较大。
-计算阻抗:使用专业的PCB设计软件或在线计算工具,根据PCB结构和阻抗数值计算阻抗。
一些常见的计算方法包括物理建模方法、电路模型方法和数值模拟方法。
-优化PCB布局:根据计算结果,对PCB的布局进行优化。
可以根据需要调整信号层、地层和电源层之间的间距,或者增加层间引距、增加屏蔽层等。
-信号完整性分析:使用信号完整性分析工具对PCB布局进行验证,检查信号的传输性能是否满足要求。
如果存在问题,可以对PCB进行进一步优化。
4.常见的PCB阻抗计算方法:-物理建模方法:根据导线和平面的尺寸、距离和材料参数,使用物理公式计算阻抗。
这种方法适用于简单的PCB结构和导线几何形状。
-电路模型方法:根据传输线电路模型,将PCB导线抽象为等效电路元件,使用电路分析方法计算阻抗。
这种方法适用于复杂的PCB结构和高速信号传输。
-数值模拟方法:使用计算机仿真软件,对PCB结构进行数值模拟,计算阻抗。
这种方法适用于不规则的PCB结构和高频信号传输。
PCB线路板阻抗计算公式现在关于PCB线路板的阻抗计算方式有很多种,相关的软件也能够直接帮您计算阻抗值,今天通过polar si9000来和大家说明下阻抗是怎么计算的。
在阻抗计算说明之前让我们先了解一下阻抗的由来和意义:传输线阻抗是从电报方程推导出来(具体可以查询微波理论)如下图,其为平行双导线的分布参数等效电路:从此图可以推导出电报方程取传输线上的电压电流的正弦形式得推出通解定义出特性阻抗无耗线下r=0, g=0 得注意,此特性阻抗和波阻抗的概念上的差异(具体查看平面波的波阻抗定义)特性阻抗与波阻抗之间关系可从此关系式推出.Ok,理解特性阻抗理论上是怎么回事情,看看实际上的意义,当电压电流在传输线传播的时候,如果特性阻抗不一致所求出的电报方程的解不一致,就造成所谓的反射现象等等.在信号完整性领域里,比如反射,串扰,电源平面切割等问题都可以归类为阻抗不连续问题,因此匹配的重要性在此展现出来.叠层(stackup)的定义我们来看如下一种stackup,主板常用的8 层板(4 层power/ground 以及4 层走线层,sggssggs,分别定义为L1, L2…L8)因此要计算的阻抗为L1,L4,L5,L8下面熟悉下在叠层里面的一些基本概念,和厂家打交道经常会使用的Oz 的概念Oz 本来是重量的单位Oz(盎司)=28.3 g(克)在叠层里面是这么定义的,在一平方英尺的面积上铺一盎司的铜的厚度为1Oz,对应的单位如下介电常数(DK)的概念电容器极板间有电介质存在时的电容量Cx 与同样形状和尺寸的真空电容量Co之比为介电常数:ε = Cx/Co = ε'-ε"Prepreg/Core 的概念pp 是种介质材料,由玻璃纤维和环氧树脂组成,core 其实也是pp 类型介质,只不过他两面都覆有铜箔,而pp 没有.传输线特性阻抗的计算首先,我们来看下传输线的基本类型,在计算阻抗的时候通常有如下类型: 微带线和带状线,对于他们的区分,最简单的理解是,微带线只有1 个参考地,而带状线有2个参考地,如下图所示对照上面常用的8 层主板,只有top 和bottom 走线层才是微带线类型,其他的走线层都是带状线类型在计算传输线特性阻抗的时候, 主板阻抗要求基本上是:单线阻抗要求55 或者60Ohm,差分线阻抗要求是70~110Ohm,厚度要求一般是1~2mm,根据板厚要求来分层得到各厚度高度.在此假设板厚为1.6mm,也就是63mil 左右, 单端阻抗要求60Ohm,差分阻抗要求100Ohm,我们假设以如下的叠层来走线。
PCB线路板阻抗计算公式现在关于PCB线路板的阻抗计算方式有很多种,相关的软件也能够直接帮您计算阻抗值,今天通过polar si9000来和大家说明下阻抗是怎么计算的。
在阻抗计算说明之前让我们先了解一下阻抗的由来和意义:传输线阻抗是从电报方程推导出来(具体可以查询微波理论)如下图,其为平行双导线的分布参数等效电路:从此图可以推导出电报方程取传输线上的电压电流的正弦形式得推出通解定义出特性阻抗无耗线下r=0, g=0 得注意,此特性阻抗和波阻抗的概念上的差异(具体查看平面波的波阻抗定义)特性阻抗与波阻抗之间关系可从此关系式推出.Ok,理解特性阻抗理论上是怎么回事情,看看实际上的意义,当电压电流在传输线传播的时候,如果特性阻抗不一致所求出的电报方程的解不一致,就造成所谓的反射现象等等.在信号完整性领域里,比如反射,串扰,电源平面切割等问题都可以归类为阻抗不连续问题,因此匹配的重要性在此展现出来.叠层(stackup)的定义我们来看如下一种stackup,主板常用的8 层板(4 层power/ground 以及4 层走线层,sggssggs,分别定义为L1, L2…L8)因此要计算的阻抗为L1,L4,L5,L8下面熟悉下在叠层里面的一些基本概念,和厂家打交道经常会使用的Oz 的概念Oz 本来是重量的单位Oz(盎司)=28.3 g(克)在叠层里面是这么定义的,在一平方英尺的面积上铺一盎司的铜的厚度为1Oz,对应的单位如下介电常数(DK)的概念电容器极板间有电介质存在时的电容量Cx 与同样形状和尺寸的真空电容量Co之比为介电常数:ε = Cx/Co = ε'-ε"Prepreg/Core 的概念pp 是种介质材料,由玻璃纤维和环氧树脂组成,core 其实也是pp 类型介质,只不过他两面都覆有铜箔,而pp 没有.传输线特性阻抗的计算首先,我们来看下传输线的基本类型,在计算阻抗的时候通常有如下类型: 微带线和带状线,对于他们的区分,最简单的理解是,微带线只有1 个参考地,而带状线有2个参考地,如下图所示对照上面常用的8 层主板,只有top 和bottom 走线层才是微带线类型,其他的走线层都是带状线类型在计算传输线特性阻抗的时候, 主板阻抗要求基本上是:单线阻抗要求55 或者60Ohm,差分线阻抗要求是70~110Ohm,厚度要求一般是1~2mm,根据板厚要求来分层得到各厚度高度.在此假设板厚为1.6mm,也就是63mil 左右, 单端阻抗要求60Ohm,差分阻抗要求100Ohm,我们假设以如下的叠层来走线。
pcb特征阻抗电感和电容的计算公式PCB是印刷电路板(Printed Circuit Board)的缩写,是电子产品中常用的一种基础电子元件。
在设计PCB时,特征阻抗、电感和电容是重要的考虑因素。
本文将介绍计算这些特征的公式和方法。
一、特征阻抗(Characteristic Impedance)的计算公式特征阻抗是指电路中传输线的阻抗。
在PCB设计中,特征阻抗的计算是为了确保信号在传输线上的匹配和最小化信号反射。
特征阻抗的计算公式如下:Z0 = √(L/C)其中,Z0表示特征阻抗,L表示传输线的电感,C表示传输线的电容。
特征阻抗的单位通常为欧姆(Ω)。
二、电感(Inductance)的计算公式电感是指电路中储存能量的能力。
在PCB设计中,电感的计算是为了保持电路的稳定性和减少干扰。
电感的计算公式如下:L = N^2 * μ * A / l其中,L表示电感,N表示线圈的匝数,μ表示磁导率,A表示线圈的截面积,l表示线圈的长度。
电感的单位通常为亨利(H)。
三、电容(Capacitance)的计算公式电容是指电路中储存电荷的能力。
在PCB设计中,电容的计算是为了滤波和隔离电路。
电容的计算公式如下:C = ε * A / d其中,C表示电容,ε表示介电常数,A表示电容板的面积,d表示电容板之间的距离。
电容的单位通常为法拉(F)。
以上是PCB特征阻抗、电感和电容的计算公式。
在实际应用中,还需要考虑布线的长度、宽度、材料等因素,以及信号的频率和传输速率等。
因此,在PCB设计中,通常需要借助专业的设计软件来进行模拟和优化。
总结:PCB特征阻抗、电感和电容是PCB设计中重要的考虑因素。
特征阻抗的计算公式为Z0 = √(L/C),电感的计算公式为L = N^2 * μ * A / l,电容的计算公式为 C = ε * A / d。
在实际应用中,还需考虑其他因素,并借助专业软件进行模拟和优化。
通过合理计算和设计,可以提高PCB的性能和稳定性,满足电子产品的需求。
pcb阻抗计算及计算叠层PCB阻抗是指信号在PCB上传输时遇到的电阻、电感和电容的综合表现。
阻抗值的大小和信号的传输质量密切相关。
因此,在进行PCB 设计时,阻抗计算是十分重要的。
今天我们来看看如何计算PCB的阻抗,以及如何计算出合适的叠层。
第一步,计算PCB的标准阻抗值。
这个阻抗值取决于PCB板的材料和板厚。
我们可以使用PCB设计软件中的阻抗计算工具,根据板厚和材料来确定标准阻抗值。
例如,FR-4材料的板厚为1.6mm时,标准阻抗值是50欧姆,如果板厚为0.8mm,那么标准阻抗值是100欧姆。
第二步,根据需要确定实际阻抗值。
在PCB的布局设计阶段,需要根据实际信号的频率及其特性来确定实际的阻抗值。
这个值可以是标准阻抗值的倍数,通常在10%-15%之间,要尽量保持一致性。
这样做可以减少信号反射和信号衰减,提高信号传输的质量。
第三步,通过调整线宽、间距和介质厚度来达到要求的阻抗值。
在调整PCB布局设计时,可以通过调整线宽、间距和介质厚度等措施来达到所需要的阻抗值。
在一些特殊情况下,可以使用微带线、同轴线等技术来实现更高的阻抗要求。
在计算阻抗的基础上,还需要考虑如何计算出合适的叠层。
事实上,PCB中不同层之间的阻抗也可能会有影响。
在PCB设计时,需要调整叠层厚度和选用合适的介质材料来保证整个PCB阻抗的稳定性和一致性。
总之,在进行PCB设计时,按照以上步骤进行阻抗和叠层计算是十分重要和必要的。
这有助于提高信号传输质量,避免信号反射和信号衰减,提高整个PCB系统的可靠性。
当然,如果没有相关经验和技能,我们也可以寻求专业的PCB设计公司的帮助来完成这些工作。
PCB线路板阻抗计算公式1. 传输线模型:PCB线路板可以近似看作是由两个导体平行排列组成的传输线。
当高频信号传输时,需要考虑传输线的特性阻抗。
常用的传输线模型有微带线(microstrip)和同轴线(coplanar)。
2.微带线模型:微带线是一种将信号层与地层通过电介质层相连的结构。
计算微带线的阻抗需要考虑的参数包括信号层宽度W、信号层与地层之间的介电常数Er、信号层厚度H1以及介电层厚度H2等。
微带线的阻抗计算公式为:Z0 = 87 / sqrt(Er + 1.41) * (W/H1 + 1.38/H2) + 0.8 * W其中Z0为微带线的特性阻抗,单位为欧姆。
3.同轴线模型:同轴线由内导体、绝缘层和外导体组成。
计算同轴线的阻抗需要考虑的参数包括内导体半径R1、绝缘层厚度H2、外导体半径R2以及介电常数Er等。
同轴线的阻抗计算公式为:Z0 = 60 * ln(R2/R1) / sqrt(Er) + 138 / sqrt(Er)其中Z0为同轴线的特性阻抗,单位为欧姆。
4.其他影响因素:在使用上述公式计算阻抗时,还需要考虑以下一些因素。
-线路板堆叠结构:多层线路板的堆叠结构会对阻抗产生影响。
通常情况下,带有地层的堆叠结构会使阻抗变小,而带有电源或信号层的堆叠结构会使阻抗变大。
-信号引线长度:信号引线的长度对阻抗也会有一定影响。
根据传输线理论,当信号引线长度小于1/10波长时,可以忽略这种影响。
-裸板材料:PCB线路板的裸板材料及其特性参数(如介电常数)也会对阻抗产生影响。
在选择裸板材料时需要根据设计需求和成本考虑。
总之,PCB线路板的阻抗计算需要综合考虑以上因素,利用适当的公式和参数进行计算。
对于复杂的线路板设计,可以借助专业的PCB设计软件来计算和优化阻抗。
PCB线路板阻抗计算公式现在关于PCB线路板得阻抗计算方式有很多种,相关得软件也能够直接帮您计算阻抗值,今天通过polar si9000来与大家说明下阻抗就是怎么计算得。
在阻抗计算说明之前让我们先了解一下阻抗得由来与意义:传输线阻抗就是从电报方程推导出来(具体可以查询微波理论)如下图,其为平行双导线得分布参数等效电路:从此图可以推导出电报方程取传输线上得电压电流得正弦形式得推出通解ﻫ定义出特性阻抗ﻫ无耗线下r=0,g=0 得ﻫﻫ注意,此特性阻抗与波阻抗得概念上得差异(具体查瞧平面波得波阻抗定义)特性阻抗与波阻抗之间关系可从此关系式推出、Ok,理解特性阻抗理论上就是怎么回事情,瞧瞧实际上得意义,当电压电流在传输线传播得时候,如果特性阻抗不一致所求出得电报方程得解不一致,就造成所谓得反射现象等等、在信号完整性领域里,比如反射,串扰,电源平面切割等问题都可以归类为阻抗不连续问题,因此匹配得重要性在此展现出来、叠层(stackup)得定义我们来瞧如下一种stackup,主板常用得8 层板(4 层power/ground以及4 层走线层,sggssggs,分别定义为L1,L2…L8)因此要计算得阻抗为L1,L4,L5,L8下面熟悉下在叠层里面得一些基本概念,与厂家打交道经常会使用得Oz 得概念Oz本来就是重量得单位Oz(盎司)=28、3 g(克)在叠层里面就是这么定义得,在一平方英尺得面积上铺一盎司得铜得厚度为1Oz,对应得单位如下介电常数(DK)得概念电容器极板间有电介质存在时得电容量Cx与同样形状与尺寸得真空电容量Co之比为介电常数:ﻫε =Cx/Co=ε'-ε”ﻫPrepreg/Core 得概念pp就是种介质材料,由玻璃纤维与环氧树脂组成,core其实也就是pp类型介质,只不过她两面都覆有铜箔,而pp没有、传输线特性阻抗得计算首先,我们来瞧下传输线得基本类型,在计算阻抗得时候通常有如下类型:微带线与带状线,对于她们得区分,最简单得理解就是,微带线只有1个参考地,而带状线有2个参考地,如下图所示对照上面常用得8 层主板,只有top 与bottom走线层才就是微带线类型,其她得走线层都就是带状线类型在计算传输线特性阻抗得时候, 主板阻抗要求基本上就是:单线阻抗要求55 或者60O hm,差分线阻抗要求就是70~110Ohm,厚度要求一般就是1~2mm,根据板厚要求来分层得到各厚度高度、在此假设板厚为1、6mm,也就就是63mil 左右, 单端阻抗要求60Ohm,差分阻抗要求100Ohm,我们假设以如下得叠层来走线。
PCB电路板PCB阻抗计算在PCB电路板设计中,阻抗是一个非常重要的参数。
准确计算和控制PCB电路板的阻抗可以确保信号的传输质量,减少信号损耗和干扰,并提高电路的性能。
1.厚度模型法2.三维建模法三维建模法是一种精确计算PCB阻抗的方法。
在这种方法中,使用电磁场仿真软件对整个PCB电路板进行三维建模,根据所使用的材料参数和几何特征,计算出电磁场的分布和阻抗。
这种方法可以考虑到更多的因素,如接地和供电平面的存在对阻抗的影响。
3.公式计算法除了使用软件模拟的方法,还可以使用一些公式来粗略计算PCB电路板的阻抗。
例如,对于微带线,可以使用公式Z=87/(sqrt(εr+1.41)) * ln(5.98*h/w+1.41)来计算阻抗,其中εr是相对介电常数,h是线的高度,w是线的宽度。
4.经验法对于一些常见的线宽和线距组合,也可以使用经验法来估算PCB电路板的阻抗。
例如,根据常见的线宽和线距组合的经验值,可以制定一个阻抗表格,根据线宽和线距的值查找相应的阻抗。
在进行PCB阻抗计算时,还需要考虑信号频率的影响。
因为电路板的阻抗会随着频率的变化而变化,因此需要根据实际的工作频率来计算阻抗。
通常,在高频应用中,PCB的阻抗控制更为严格。
为了准确计算PCB电路板的阻抗,建议使用专业的PCB设计软件,该软件通常会提供阻抗计算工具和阻抗模拟分析。
在进行阻抗计算之前,还需要正确设置PCB的材料参数和几何特征。
总结起来,PCB阻抗的计算是一个非常重要的任务,对于保证电路的性能和传输质量至关重要。
通过合理选取计算方法和使用专业工具,可以准确计算和控制PCB电路板的阻抗,从而提高电路的可靠性和稳定性。
PCB线宽阻抗计算公式
1.微带线线宽阻抗计算公式
微带线是一种常见的PCB传输线形式,它由一层介电质基片、导体层和贴片组成。
微带线的线宽阻抗计算公式可以表示为:
Z0 = 87/sqrt(Er+1.41)*log(5.98*h/w+1.41)
其中,Z0是线宽为w的微带线的特征阻抗,Er是介电常数,h是基片高度。
这个公式是通过对微带线的电磁场和传输线的特性阻抗进行数学建模而得出的。
它考虑了介质的损耗和辐射特性,可以用来计算高频信号在微带线上的传输特性。
2.通过线宽和阻抗计算线长
当我们知道了线宽和阻抗的关系后,有时候需要计算线长时,可以将上面的公式变形得到:
L = (0.2286*v)/(Z0*sqrt(Er))
其中,L是线的长度,v是信号在传输线上的速度。
这个计算公式可以帮助我们计算线的长度,从而帮助我们更好地布局PCB。
在实际应用中,有很多在线计算器或者专业的PCB设计软件可以帮助我们计算出线宽和阻抗的关系,比如Saturn PCB Design Toolkit、Advanced Circuits' Impedance Calculator等。
这些工具提供了更详细且准确的计算结果,可以帮助工程师们更好地设计PCB布局。
综上所述,PCB线宽阻抗计算公式是设计中非常重要的一部分,它们可以帮助我们计算出PCB线宽与电气信号的阻抗之间的关系,从而保证信号传输能够获得最佳性能。
PCB阻抗计算方法1.压缩形式计算方法:压缩形式的计算方法更加直观,适合简单的板上线路。
这种方法主要用于计算标准微带线和彼此对称的差分微带线的阻抗。
对于标准微带线,可以使用以下的公式计算其阻抗:Z0 = 87/sqrt(εr+1.41) * (h/w + 1.42/w - 0.23) (单位:Ω)其中,Z0是微带线的阻抗,εr是介电常数,h是线的高度,w是线的宽度。
对于差分微带线,可以使用下面的公式计算其阻抗:Z0 = 2 * Zo * sqrt(1 - (0.832*b)/(2a + b)) (单位:Ω)其中,Z0是差分微带线的阻抗,a是差分微带线的间距,b是差分微带线的宽度。
2.频率域形式计算方法:频率域形式的计算方法更加精确,适合复杂的线路。
这种方法主要用于高速差分信号和微波传输线的阻抗计算。
在频率域形式中,可以使用EM场模拟工具,如HFSS、ADS和Ansys等软件进行仿真分析。
通过在软件中导入PCB设计文件,并设置好电路板的材料参数、层次结构和布局,可以计算出阻抗的精确值。
通过软件可以分析微带线和差分线的复杂电磁参数,如介电常数、导体电阻等,并能根据需求调整线宽、线距等参数以达到所需的阻抗数值。
值得注意的是,在使用频率域形式计算方法时,需具备一定的电磁场理论基础和仿真软件的使用经验。
此外,频率域形式计算方法较为复杂,适用于专业的设计工程师。
在进行PCB阻抗计算之前,还需要考虑以下因素:-PCB材料:不同的材料具有不同的阻抗特性,例如介电常数和介电失真因数等。
应根据所选材料的参数进行计算。
-PCB层次结构:多层PCB的阻抗计算会比单层的复杂一些,需考虑到堆叠层与穿孔之间的电磁相互作用。
-线宽和线距:线宽和线距会直接影响阻抗数值。
合理的线宽和线距设置非常重要。
-线和地平面的间距:线与地平面之间的距离也会影响阻抗数值。
地平面距离越小,阻抗越低。
-信号频率:对于高速信号传输,需考虑到频率对阻抗的影响。
阻抗计算:1.介电常数E rE r(介电常数)就目前而言通常情况下选用的材料为F R-4,该种材料的E r 特性为随着加载频率的不同而变化,一般情况下E r的分水岭默认为1GH Z(高频)。
目前材料厂商能够承诺的指标<(1M H z),根据我们实际加工的经验,在使用频率为1G H Z以下的其E r认为4.2左右。
—的使用频率其仍有下降的空间。
故设计时如有阻抗的要求则须考虑该产品的当时的使用频率。
我们在长期的加工和研发的过程中针对不同的厂商已经摸索出一定的规律和计算公式。
●(全部为1G H z状态下)●●2. 介质层厚度HH(介质层厚度)该因素对阻抗控制的影响最大故设计中如对阻抗的宽容度很小的话,则该部分的设计应力求准确,FR-4的H的组成是由各种半固化片组合而成的(包括内层芯板),一般情况下常用的半固化片为:●1080 厚度0.075MM、●7628 厚度0.175MM、●2116厚度 0.105MM。
3.线宽W对于W1、W2的说明:5.铜箔厚度外层铜箔和内层铜箔的原始厚度规格,一般有0.5OZ、1OZ、2OZ(1OZ约为35um或三种,但经过一系列表面处理后,外层铜箔的最终厚度一般会增加将近1 OZ左右。
内层铜箔即为芯板两面的包铜,其最终厚度与原始厚度相差很小,但由于蚀刻的原因,一般会减少几个um。
表层铜箔:可以使用的表层铜箔材料厚度有三种:12um、18um和35um。
加工完成后的最终厚度大约是44um、50um和67um,大致相当于铜厚1 OZ、1.5 OZ、2 OZ。
注意:在用阻抗计算软件进行阻抗控制时,外层的铜厚没有0.5 OZ的值。
走线厚度T与该层的铜厚有对应关系,具体如下:铜厚(Base copper thk) COPPER THICKNESS(T)For inner layer For outer layerH OZ(Half 0.5 OZ) MIL MIL1 OZ2 OZ铜箔厚度(um)铜箔厚度(mil)铜箔厚度(OZ)18um0.5 OZ35um 1 OZOz 本来是重量的单位Oz(盎司ang si )=28.3 g(克)在叠层里面是这么定义的,在一平方英尺的面积上铺一盎司的铜的厚度为1Oz,对应的单位如下0.13mm厚度的Core(铜箔的厚度35/35um)的厚度分布:层分布厚度(mm/mil)表层铜箔0.035mm/中间PP(FR4) 0.06mm/0.21mm厚度的Core(铜箔的厚度35/35um)的厚度分布:规格(原始厚度)有7628(0.185mm/),2116(0.105mm/),1080(0.075mm/3mil),3313(0.095mm/4mil ),实际压制完成后的厚度通常会比原始值小10-15um左右(即),7628()6.厂家提供的PCB参数:不同的印制板厂,PCB的参数会有细微的差异,通过与上海嘉捷通电路板厂技术支持的沟通,得到该厂的一些参数数据:(1)表层铜箔:可以使用的表层铜箔材料厚度有三种:12um、18um和35um。
PCB设计中阻抗的详细计算方法PCB设计中阻抗的计算方法是确保信号在电路板上以准确的速度传输的关键因素之一、阻抗是指在电路中流动的电流和电压之间的电学特性。
在高速信号传输和电磁干扰抑制方面,了解和控制阻抗是至关重要的。
下面将详细阐述PCB设计中阻抗的计算方法。
1.计算常规传输线的阻抗常规传输线,如微带线和同轴电缆,是PCB设计中常见的传输媒介。
它们的阻抗可以通过以下公式进行计算:a.微带线:Zo = [(εr+1)/2] * [ln(5.98 * h / w + 1.74 * h / t)] / [(1.41 * (w / h) + 1)]其中,Zo是阻抗,εr是介电常数,h是微带线的高度,w是微带线的宽度,t是覆铜层的厚度。
b.同轴电缆:Zo = (60 / sqrt(εr)) * ln(D/d)其中,Zo是阻抗,εr是介电常数,D是同轴电缆的外径,d是同轴电缆的内径。
2.计算不对称传输线的阻抗对于不对称传输线,如差分信号线,其阻抗计算稍微复杂。
通常使用以下两个公式来估算:a.对于差分微带线:Zo = [Zodd * Zeven] ^ 0.5其中,Zo是阻抗,Zodd是奇模阻抗,Zeven是偶模阻抗。
奇模阻抗和偶模阻抗可以使用微带线的常规阻抗公式进行计算。
b.对于差分同轴电缆:Zo = 60 * [ln(4h / d) - 1] / sqrt(εr)其中,Zo是阻抗,h是同轴电缆的内外导体间的间隙,d是同轴电缆的导体直径。
3.使用PCB设计工具进行阻抗计算现代PCB设计工具通常具有内置的阻抗计算功能,可以自动计算并显示不同传输线的阻抗。
使用这些工具,设计师只需输入电路板的几何参数和材料参数,即可获得准确的阻抗值。
一些常用的PCB设计工具包括Altium Designer、EAGLE和PADS等。
值得注意的是,上述方法仅适用于理想条件下的计算。
实际PCB设计中,考虑到误差和尺寸容差等因素,可能需要进行迭代和调整以满足特定的设计要求。
PCB线路板阻抗计算公式
1.平面波阻抗公式:
平面波阻抗是PCB线路板上两个平面之间的阻抗。
它可以用来计算板上的差分阻抗以及单端阻抗。
平面波阻抗的计算公式如下所示:其中,h是板厚,t是铜箔厚度,εr是介电常数,w是线宽。
2.微带线阻抗公式:
微带线是一种常用的传输线,在PCB设计中广泛应用。
微带线的阻抗可以使用以下公式来计算:
其中,h是板子的厚度,w是微带线的宽度,t是铜箔厚度,εr是介电常数。
3.磁性导纳法计算微带线阻抗公式:
除了上述的微带线阻抗计算公式外,还可以使用磁性导纳法来计算微带线的阻抗。
这个方法是基于微带线在共面波导中的传输模式。
这里的公式比较复杂,包括了各种参数,如介电常数、板子厚度、微带线宽度、微带线与其宽度方向上铺设的地面的距离等。
4.螺旋线阻抗公式:
螺旋线是在一些特殊应用中使用的传输线。
其中,L是螺旋线的长度,d是绕线间距,N是绕线圈数,D是螺旋线的直径。
5.反平面波阻抗公式:
反平面波阻抗是用于计算PCB线路板上两个反平面之间的阻抗。
它通常用于计算板上的差分阻抗。
反平面波阻抗的计算公式如下所示:其中,h是板厚,t是铜箔厚度,εr是介电常数,w是线宽。
以上是几种常用的PCB线路板阻抗计算公式的详细解释。
这些公式可以帮助工程师在PCB设计和制造过程中正确计算线路板的阻抗,以确保信号的稳定性和传输性能。
在实际应用过程中,根据不同的应用需求和设计参数,可以选择合适的计算公式来进行阻抗计算。
同时,结合仿真工具和实际测量,可以进一步验证和优化PCB线路板的阻抗设计。
PCB阻抗设计计算以及注意事项PCB阻抗设计计算以及注意事项阻抗设计与计算:阻抗控制四要素相互影响的变化关系:1、H=信号层与参考层间介质厚度;厚度↑,阻抗值↑,厚度↓,阻抗↓2、W=走线宽度;线宽↑,阻抗值↓,线宽↓,阻抗↑3、εr=材料的介电常数;介电↑,阻抗值↓,介电↓,阻抗↑4、T=走线厚度;铜厚↑,阻抗值↓,铜厚↓,阻抗↑(1)、W(设计线宽):该因素一般情况下是由设计决定的。
在设计时请充分考虑线宽对该阻抗值的配合性,为达到该阻抗值在一定的H、Er和使用频率等条件下线宽的使用是有一定的限制的。
(2)、S(间距):阻抗线之间的间距主要由客户决定,在工程制作时应充分考虑到补偿与生产加工的控制。
(3)、T(铜厚):设计时应考虑到电镀加厚对铜厚的影响,一般情况加厚厚度为18-25um;(4)、H(介质厚度):设计时应考虑层压结构的对称性与芯板的库存;在对残铜率较低的板,理论上的计算厚度与实际操作过程所形成的实际厚度会有差异。
设计时对该因素应予以充分的虑。
阻抗设计的注意事项:1、阻抗线必须有对应的参考平面,且参考平面必须完整;2、不同类型阻抗线应区分标示;3、相邻导线间的走向互相垂直步设或采用阶梯斜向45°走线;4、同一层上线宽一样的阻抗线对应的参考平面一致时,避免出现不同的阻抗要求值;5、使用标准铜厚,且成品铜厚不超过2OZ;6、尽可能减少阻抗线跨层7、共面阻抗的辐射更低,电场和磁场的耦合干扰更小,优于微带线8、过孔本身存在寄生电容和寄生电感,过孔的寄生电容会延长信号上升时间,降低电路的速度,过孔的寄生电感会消弱旁路电容的作用,消弱整个电源系统的滤波效果,因此须减少阻抗线附近的接地PTH过孔设计9、同样不合理的焊盘,铜点干扰也能导致阻抗的不连续性,因此须减少阻抗线旁间距很小的。
PCB阻抗计算参数说明PCB阻抗计算是在PCB设计中非常重要的一项工作,它决定了电路板上信号传输的质量和可靠性。
在进行阻抗计算时,需要考虑多种参数和因素。
下面将从基本概念、计算公式、影响因素等方面详细介绍PCB阻抗计算的参数说明。
一、基本概念1.阻抗(Z):指电路中存在的电阻和电位器之外的其他两种元件,即电抗和复阻抗等因素的总合。
2.导体宽度(W):指导体(如微带线)的宽度,单位为米(m)。
3.导体高度(H):指导体(如微带线)的厚度或高度,单位为米(m)。
4.信号层介电常数(Er):指信号层(正常情况下为相对于大地的第一层)的介电常数。
5.信号层高度(Hd):指信号层(正常情况下为相对于大地的第一层)到大地的垂直距离,单位为米(m)。
6.信号线层与大地的之间的介质(Er1):指信号线层与邻近大地之间的介电常数。
7.信号线与大地层的间距(H1):指信号线与邻近大地层之间的垂直距离,单位为米(m)。
二、计算公式1.微带线阻抗计算:Z = 87 / sqrt(Er + 1.41) * log(5.98 * H / W + 1.75 * W / H)2.引线阻抗计算:Z = 138 * log(6.75 * H / W + 1.35 * W / H)3.腐蚀电阻计算:Z=ρ/W*H其中,ρ为电阻率,单位为欧姆·米(Ω·m)。
三、影响因素1.导体几何尺寸:导体宽度和高度对阻抗有直接影响,一般情况下,导体宽度越大、高度越小,阻抗越小。
2.介质材料:材料的介电常数对阻抗有重要影响,一般情况下,介电常数越大,阻抗越小。
3.介质厚度:信号线与邻近大地间的介质厚度对阻抗也有直接影响,一般情况下,介质越厚,阻抗越小。
4.信号线层与大地的通过孔:通过孔的存在也会对阻抗产生影响,一般情况下,通过孔越多,阻抗越大。
5.线宽/孔径比:线宽与孔径之比也会影响阻抗,一般情况下,线宽与孔径之比越小,阻抗越大。
pcb阻抗计算公式PCB阻抗计算是设计高速电路中非常重要的一部分。
PCB阻抗是指电路信号在传输过程中所遇到的阻力大小,是电路传输性能的关键指标之一、通过准确计算和控制PCB阻抗,可以提高信号传输的质量和稳定性。
PCB阻抗计算的公式可以分为两部分,一部分是静态阻抗计算公式,另一部分是动态阻抗计算公式。
首先,我们来看一下静态阻抗的计算公式。
静态阻抗是指在直流电路中电流通过导体时所遇到的阻力。
静态阻抗计算通常涉及到导线的几何尺寸和材料特性。
对于微带线,其阻抗可以通过以下公式进行计算:Z = [60 / √(ε_r)] * ln[(W + 0.414h) / (0.67h)] (单位:欧姆)其中,Z是阻抗,ε_r是介电常数,W是导线的宽度,h是微带线的高度。
对于同轴电缆,其阻抗可以通过以下公式进行计算:Z = [60 / √(ε_r)] * ln(D/d) (单位:欧姆)其中,Z是阻抗,ε_r是介电常数,D是导线的外直径,d是导线的内直径。
接下来,我们来看一下动态阻抗的计算公式。
动态阻抗是指在高频电路中电流通过导体时所遇到的阻力。
动态阻抗计算通常还涉及到频率和导线的尺寸。
对于微带线,其动态阻抗可以通过以下公式进行计算:Z = [87 / √(ε_r + 1.41)] * ln[(5.98h / (W + 1.1h)) +√(5.98h / (W + 1.1h))^2 - 0.697] (单位:欧姆)其中,Z是阻抗,ε_r是介电常数,W是导线的宽度,h是微带线的高度。
对于同轴电缆,其动态阻抗可以通过以下公式进行计算:Z = [138 / √(ε_r + 1)] * ln[(5.98D / d) + √((5.98D / d)^2 - 0.67)] (单位:欧姆)其中,Z是阻抗,ε_r是介电常数,D是导线的外直径,d是导线的内直径。
需要注意的是,以上公式中的介电常数ε_r是取决于所使用的PCB材料的。
不同的PCB材料具有不同的介电常数,因此在计算阻抗时需要根据具体的材料参数进行调整。
pcb阻抗计算PCB阻抗计算是PCB设计中非常重要的一项工作,主要用于保证电路中信号的传输质量和稳定性。
阻抗计算通常分为微带线、射频空穴线、差分线和串线等不同类型。
下面将分别介绍这些不同类型的阻抗计算方法。
1.微带线阻抗计算微带线是一种常用于PCB设计中的传输线,其特点是将导线和地面层之间的介质用于传输信号。
微带线的阻抗计算可以通过公式或者在线阻抗计算工具来实现。
其中,常用的阻抗计算公式有:Z_0 = (ln(2h/w+1)+ε_r/2+0.441/ε_r)^(-1) * 60/sqrt(ε_r)其中,h为介质板厚度,w为微带线宽度,ε_r为介电常数。
2.射频空穴线阻抗计算射频空穴线是一种用于高频信号传输的特殊传输线,其结构为中间是空的,通过环绕在一层介质板之外的导线来传输信号。
射频空穴线的阻抗计算可以通过公式或者在线阻抗计算工具来实现。
其中,常用的阻抗计算公式有:Z_0 = ( 30* ln(4h/w_t)+(w1/w2)^2 * ln((w2+sqrt(w2^2-(w1/w2)^2 w_t^2))/(w1+sqrt(w1^2-w_t^2))-0.615*ln(1+4h/w2) )/sq rt(ε_r)其中,w_t为导线的等效宽度,w1和w2为导线的宽度和高度,h为介质板厚度,ε_r为介电常数。
3.差分线阻抗计算差分线是一种将信号传输的两根导线平行布置的传输线,其特点是可以减少电磁干扰和提高信号完整性。
差分线的阻抗计算可以通过公式或者在线阻抗计算工具来实现。
其中,常用的阻抗计算公式有:Z_0 = (30* log10(4h/(w_1-0.441r))/sqrt(ε_eff))Z_diff = 2* Z_0 / (sqrt(1+(2d/s))^2 -1)其中,h为介质板厚度,w_1为导线宽度,r为导线半径,ε_eff为等效介电常数,d为两条导线之间的间距,s为两条导线与地平面之间的距离。
4.串线阻抗计算串线是一种将信号传输的多根导线串联使用的传输线,其特点是在单根导线传输信号的基础上,通过多根导线并联的方式来提高整体电流承载能力。
PCB阻抗设计及计算简介
特性阻抗的定义
•何谓特性阻抗(Characteristic Impedance ,Z0)•电子设备传输信号线中,其高频信号在传输线中传播时所遇到的阻力称之为特性阻抗;包括阻抗、容抗、感抗等,已不再只是简单直流电的“欧姆电阻”。
•阻抗在显示电子电路,元件和元件材料的特色上是最重要的参数.阻抗(Z)一般定义为:一装置或电路在提供某特定频率的交流电(AC)时所遭遇的总阻力.
•简单的说,在具有电阻、电感和电容的电路里,对交流电所起的阻碍作用叫做阻抗。
设计阻抗的目的
•随着信号传送速度迅猛的提高和高频电路的广泛应用,对印刷电路板也提出了更高的要求。
印刷电路板提供的电路性能必须能够使信号在传输过程中不发生反射现象,信号保持完整,降低传输损耗,起到匹配阻抗的作用,这样才能得到完整、可靠、精确、无干扰、噪音的传输信号。
•阻抗匹配在高频设计中是很重要的,阻抗匹配与否关系到信号的质量优劣。
而阻抗匹配的目的主要在于传输线上所有高频的微波信号皆能到达负载点,不会有信号反射回源点。
•因此,在有高频信号传输的PCB板中,特性阻抗的控制是尤为重要的。
•当选定板材类型和完成高频线路或高速数字线路的PCB 设计之后,则特性阻抗值已确定,但是真正要做到预计的特性阻抗或实际控制在预计的特性阻抗值的范围内,只有通过PCB生产加工过程的管理与控制才能达到。
•从PCB制造的角度来讲,影响阻抗和关键因素主要有:
–线宽(w)
–线距(s)、
–线厚(t)、
–介质厚度(h)
–介质常数(Dk)
εr相对电容率(原俗称Dk介质常数),白容生对此有研究和专门诠释。
注:其实阻焊也对阻抗有影响,只是由于阻焊层贴在介质上,导
致介电常数增大,将此归于介电常数的影响,阻抗值会相应
减少4%
•如上图所示
–Z0与线宽W成反比,线宽越大,Z0越小;
–Z0与铜厚成反比,铜厚越厚,Z0越小;
–Z0与介质厚度成正比,介质厚度越厚,Z0越大;
–Z0与介质介电常数的平方根成反比,介电常数越大,Z0越
小。
1、介质厚度:----是影响阻抗值的最主要因素
•增加介质厚度可以提高阻抗,降低介质厚度可以减小
阻抗;
•不同的半固化片有不同的胶含量与厚度.其压合后的厚度与压机的平整性、压板的程序有关;
•对所使用的任何一种板材,要取得其可生产的介质层厚度,利于设计计算,而工程设计、压板控制、来料公差是介质厚度控制的关键
2、线宽:
•增加线宽,可减小阻抗,减小线宽可增大阻抗。
•线宽的控制要求在+/-10%的公差内,才能较好达到阻抗控制要求
•信号线的缺口影响整个测试波形,其单点阻抗偏高,使其整个波形不平整,阻抗线不允许补线,其缺口不能超过10%
•线宽主要是通过蚀刻控制来控制。
为保证线宽,根据蚀刻侧蚀量、光绘误差、图形转移误差,对工程底片进行工艺补偿,达到线宽的要求
3、线厚(线路铜厚):
•减小线厚可增大阻抗,增大线厚可减小阻抗;
•线厚可通过图形电镀或选用相应厚度的基材铜箔来控制。
•对铜厚的控制要求均匀,对细线、孤立的线的板加上分流块,其平衡电流,防止线上的铜厚不均,影响阻抗对cs与ss面铜分布极不均的情况,要对板进行交叉上板,来达到二面铜厚均匀的目的
4、介电常数:
•增加介电常数,可减小阻抗,减小介电常数可增大阻抗,介电常数主要是通过材料来控制。
•不同板材其介电常数不一样,其与所用的树脂材料有关:FR4板材其介电常数为3.9—4.5,其会随使用的频率增加减小,聚四氟乙烯板材其介电常数为2.2—3.9间
•要获得高的信号传输要求高的阻抗值,从而要低的介电常数
5、阻焊厚度:
•印上阻焊会使外层阻抗减少。
正常情况下印刷一遍阻焊可使单端下降2欧姆,可使差分下降8欧姆,印刷2遍下降值为一遍时的2倍,当印刷3次以上时,阻抗值不再变化。
各参数的影响程度
阻抗设计中考虑的其它因素
•线宽是否能满足电流要求
•叠层结构是否合理
•信号层间的相互干扰
•布线密度的大小
•板材以及半固化片型号的选择•层间介质厚度是否可满足加工要求
•最终板厚是否可满足客户要求
•我司主要使用的阻抗设计软件为Polar-Si8000
•该软件总共包含了93种阻抗计算模式
•设计中常用的模式有6种,外层选用无阻焊覆盖模式
•外层差分无阻焊模式•H1:阻抗线到其参考层的高度•Er1:层间介质的介电常数•W1:下线宽
•W2:上线宽
•S1:线间距
•T1:铜厚
•内层相邻层屏蔽模式
•其中W1、W2、S1、T1与前面相同•此种模式关键在于填写正确的H1•H1与H2的相同点:都是介质厚度•H1与H2的不同点:当芯板与半固化片厚度不等时,H1与H2值的填
写正确与否就很重要
蚀刻药水流向
芯板贴膜
W12
W
H1
曝光显影退膜蚀刻
•如上图所示,由于生产中蚀刻药水对铜表面接触的充分,而与下方接触相对较弱,因此蚀刻出来的线宽呈梯形,且W1>W2
•从图中可知,下线宽W1所接触的介质为芯板,因此阻抗计算软件中的H1值即为芯板厚度,Er1、Er2即为对应介质的介电常数
•不包含铜箔厚度板材(H/H、1/1、2/2、H/1)–0.10mm 0.36mm
–0.13mm 0.41mm
–0.15mm 0.45mm
–0.18mm 0.51mm
–0.21mm 0.60mm
–0.25mm 0.71mm
–0.30mm 0.80mm •包含铜箔厚度板材(H/H、1/1、2/2、H/1)–0.8mm 1.0mm
– 1.1mm 1.2mm
– 1.3mm 1.4mm
– 1.5mm 1.6mm
– 1.8mm 1.9mm
– 2.0mm 2.5mm
– 3.0mm 3.2mm
•注:H/H、1/1、2/2代表芯板两面的铜箔厚度分别为0.5Oz、1Oz、2Oz
•H/1代表芯板两面铜箔厚度分别为0.5Oz和1Oz
1.1常用FR4的半固化片参数
1.2介质层厚度与介电常数(生益及等同材料):
注:多种半固化片组合的介电常数取其算术值。
板厚精度:根据来料实测厚度,阻抗设计计算叠层厚度与层间介质层厚度时按来料实际厚度及根据线路分布率进行计算。
下表为常用高TG FR4半固化片在不同条件下的厚度取值(mil),(其中电地层布线率按75%,信号层按25%)仅供参考,实际应按线路分布率来计算。
阻抗计算涉及参数-FR4半固化片使用考虑流胶后的实际厚度计算方法:
类型一:芯板与铜箔之间(单面填胶)类型二:内层芯板之间(双面填胶)
类型一:实测厚度=理论厚度-铜厚*(1-残铜率)(表层的残铜率取100%,光板残铜率为0)
类型二:实测厚度=理论厚度-铜厚1*(1-残铜率1)-铜厚2*(1-残铜率2)
阻抗计算涉及参数-内外层铜厚及线宽
标称基铜规格(um)183570内层计算铜厚T(mil)0.65 1.25 2.56外层计算铜厚T(mil) 2.2 2.9 4.2
基铜厚上线宽(mil)
W2
下线宽(mil)
W1
线距(mil)
S1
内层 18um W0-0.1W0S0
内层 35um W0-0.4W0S0
内层 35um W0-1.2W0S0
外层 18um W0-0.6W0+0.7S0-0.7外层 35um W0-0.9W0+0.9S0-0.9•上表中的参数分别为阻抗计算时的铜厚T1与上、下线宽的取值•W0和S0分别代表客户设计线宽、线距
阻抗计算涉及参数
•由于我司设计阻抗时采用不覆盖阻焊模式,而实际上阻焊对外层阻抗是有影响的,且客户要求阻抗控制的线一般为覆盖阻焊的,故我司工艺经生产试验总结出阻焊对外层阻抗的影响采取以下公式校正:(外层不覆盖及内层不需校正)
阻抗计算值Z0(覆盖阻焊)=Z1(不覆盖阻焊)*0.9+3.2
•举例
–要求Z0=50Ohm阻抗
–那么Z1=(50-3.2)/0.9=52欧
–Z1设为SI8000软件计算值。
1. 特殊范围阻抗值计算公式:
a. 单端阻抗值要求≤40欧姆
外层线路(阻抗线盖阻焊) 单端阻抗= SI8000软件(不盖阻焊模式)计算值-1.5欧
外层线路(阻抗线不盖阻焊) 单端阻抗= SI8000软件(不盖阻焊模式)计算值
b. 差分阻抗值要求≥120欧姆
外层线路(阻抗线盖阻焊) 差分阻抗= SI8000软件(不盖阻焊模式)计算值-8.0欧外层线路(阻抗线不盖阻焊) 差分阻抗= SI8000软件
(不盖阻焊模式)计算值
2. 双面板差分阻抗
a.介质厚<1.0mm:按客户要求阻抗-5欧姆(如顾客要求100欧姆,工程按95欧姆设计)b.介质厚≥1.0mm:按客户要求阻抗-10欧姆
阻抗计算中须注意的问题
•客户若有阻抗控制要求时需提供以下信息:阻抗控制线宽、所在层、要求阻抗值、板厚、铜厚、层间介质厚度要求(有时可能无)。
可在GERBER文件中说明(一般在孔位图层)或其它文档中进行
说明
•根据设计文件选用对应的阻抗计算模式
•输入正确的各项参数
•特别注意H1,H2参数的取值,其线路方向是决定H1,H2区间的关键
结束!。