怎么通过PCB设计来实现阻抗控制

浅谈PCB的阻抗控制随着电路设计日趋复杂和高速，如何保证各种信号（特别是高速信号）完整性，也就是保证信号质量，成为难题。

此时，需要借助传输线理论进行分析，控制信号线的特征阻抗匹配成为关键，不严格的阻抗控制，将引发相当大的信号反射和信号失真，导致设计失败。

常见的信号，如PCI总线、PCI-E总线、USB、以太网、DDR内存、LVDS信号等，均需要进行阻抗控制。

阻抗控制最终需要通过PCB设计实现，对PCB板工艺也提出更高要求，经过与PCB厂的沟通，并结合EDA软件的使用，我对这个问题有了一些粗浅的认识，愿和大家分享。

多层板的结构：为了很好地对PCB进行阻抗控制，首先要了解PCB的结构：通常我们所说的多层板是由芯板和半固化片互相层叠压合而成的，芯板是一种硬质的、有特定厚度的、两面包铜的板材，是构成印制板的基础材料。

而半固化片构成所谓的浸润层，起到粘合芯板的作用，虽然也有一定的初始厚度，但是在压制过程中其厚度会发生一些变化。

通常多层板最外面的两个介质层都是浸润层，在这两层的外面使用单独的铜箔层作为外层铜箔。

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1.4mil）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1OZ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。

多层板的最外层是阻焊层，就是我们常说的“绿油”，当然它也可以是黄色或者其它颜色。

阻焊层的厚度一般不太容易准确确定，在表面无铜箔的区域比有铜箔的区域要稍厚一些，但因为缺少了铜箔的厚度，所以铜箔还是显得更突出，当我们用手指触摸印制板表面时就能感觉到。

当制作某一特定厚度的印制板时，一方面要求合理地选择各种材料的参数，另一方面，半固化片最终成型厚度也会比初始厚度小一些。

下面是一个典型的6层板叠层结构：PCB的参数：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：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阻抗PCB阻抗控制，在PCB设计中经常遇到阻抗计算，但是我不明白阻抗计算是计算整板PCB的阻抗还是几个部分的阻抗PCB阻抗，在PCB设计中经常遇到阻抗计算，但是我不明白阻抗计算是计算整板PCB的阻抗还是几个部分的阻抗：如我有差分阻抗，单线阻抗。

那到底该采用哪些数值呢？可能几个部分的阻抗都不一样在同一PCB板上？这样的话该计算哪个阻抗来作为PCB的阻抗呢！完整性最佳。

是不是每个地方阻抗不一样，我得告诉PCB厂商，这个地方阻抗做多少，哪个地方阻抗做多少啊，比如：USB2.0差分做成90欧姆，DDR与DSP连接线做成多少欧姆，和时钟线做成多少欧姆等等啊?这样的话是不是要详细说明多处的阻抗要求。

关键布线部分是要给出详细的设计要求的，设计时的阻抗大小，是通过仿真软件，使信号完整性达到最好状态下，得到的。

根据仿真结果，可以得到该信号线的线长，线宽，线间距，在那层布线，串接多大的匹配电阻等要求，然后仿真设计人员将此仿真结果交给PCB LAUOUT设计人员，PCB LAUOUT设计人员会根据此要求进行PCB布线设计，设计完毕后的PCB文件生成为GERBER文件，送给PCB制造厂商即可制造出相应的PCB。

1.阻抗控制是控制信号线的阻抗，不是整板PCB的阻抗2.差分阻抗是两条差分信号的阻抗，单线阻抗是单一信号的阻抗。

如USB 2.0要做差分90欧姆，射频信号线一般做单线50欧姆等等。

哪些线要做阻抗控制，控制为多少，一般每个硬件平台都有自己的要求。

3.没有PCB阻抗这种说法，只有信号的阻抗。

电路设计中，差分信号的两条差分线能不能交换顺序？题目说的有些笼统，主要是想知道哪些是可以交换的，为什么，哪些是不可以交换的，又是为什么？还有差分线之间跨加100ohm或12 0ohm的电阻的作用是什么，是阻抗匹配还是将电流转换为电压？各位大牛，ths了会变小。

差分信号实际传输是电压还是电流，什么差分信号，说的通俗一点,差分信号时属于数字信号吗进一步看是以电压为的标准的能量信号，若内阻小，就可以带多个负载（电流大）。

PCB阻抗叠构设计在电子产品的设计中，印制电路板（Printed Circuit Board，PCB）是不可或缺的组成部分之一、而在PCB设计中，阻抗控制是一个重要的技术考量点。

本文将介绍PCB阻抗叠构的原理与设计方法。

【1.PCB阻抗叠构的原理】阻抗值取决于导线的几何形状、尺寸和介电常数等因素。

根据电磁场理论，导线的阻抗与其几何形状成正比，与导线宽度和厚度的比值成反比。

因此，在PCB设计中，可以通过调整导线的几何形状来实现特定的阻抗数值。

【2.PCB阻抗叠构的设计方法】（1）选择合适的材料：PCB板材的介电常数是影响阻抗值的关键因素。

不同的材料具有不同的介电常数值，在设计过程中需要根据阻抗要求来选择合适的材料。

（2）确定设计参数：根据电路板的阻抗要求，可以通过计算或仿真来确定合适的导线宽度、高度以及堆叠层数等设计参数。

（3）考虑微带线结构：在设计中，常用的导线结构有微带线、贴片线以及埋入式微带线等。

其中，微带线是较为常用的一种结构，其阻抗值可以通过调整导线宽度、导线高度以及介电常数来实现。

（4）调整导线宽度：在实际设计中，可以通过调整导线宽度来控制阻抗值。

增加导线宽度将减小阻抗值，而减小导线宽度将增加阻抗值。

（5）考虑层间堆叠：在多层PCB设计中，使用不同的层间堆叠方式也可以实现特定的阻抗值。

例如，使用叠金属层或者通过添加厚度不同的介质层来实现不同的阻抗值。

（6）仿真与调整：在设计完成后，可以进行电磁场仿真以验证设计的阻抗数值是否满足要求。

如果仿真结果与要求不符，可以根据实际情况进行相应的调整。

【3.PCB阻抗叠构的应用与优势】（1）提供可重复性：通过合理的设计和制造过程，PCB阻抗叠构可以实现高精度和稳定的阻抗值。

这对于高频和高速信号传输非常关键。

（2）节省空间：通过控制PCB阻抗，可以实现更紧凑的布局设计。

这对于小型电子设备尤为重要，可以使物理空间得到更有效的利用。

（3）提高信号质量：阻抗匹配可以减少信号传输中的反射和干扰，提高信号完整性和质量。

PCB板阻抗控制 近年来，随着IC集成度的提⾼和应⽤，其信号传输频率和速度越来越⾼，因⽽在印制板导线中，信号传输(发射)⾼到某⼀定值后，便会受到印制板导线本⾝的影响，从⽽导致传输信号的严重失真或完全丧失。

这表明，PCB导线所“流通”的“东西”并不是电流，⽽是⽅波讯号或脉冲在能量上的传输。

上述此种“讯号”传输时所受到的阻⼒，也称为“阻抗”，代表符号为Z0。

所以，PCB导线上单解决“通”、“断”和“短路”的问题还不够，还要控制导线的阻抗问题。

((⼀)) 何谓阻抗? 阻抗是⽤来评估电⼦元件特性的⼀个参数。

阻抗的定义是元件在既定频率下对交流电的总对抗作⽤。

((⼆)) 为何要阻抗控制? 因为PCB传输线中的特性阻抗值必须匹配Driver与Reciver的电⼦阻抗，否则会造成讯号能量的反射、衰减，以及讯号到达时间之延误，严重时⽆法判独及开机。

电路板线路中的讯号传播时，影响其“特性阻抗”的因素有线路的截⾯积，线路与接地层之间绝缘材质的厚度，以及其介质常数等叁项。

影响阻抗最多部分为:1、线宽，2、pp 厚度，3、介电值(FR-4 =4.3)其次是防焊厚度，侧蚀,铜厚.等等这些会改变磁⼒线分布，进⽽改变组抗之变数，先了解组抗公差值要求，再反推製程最⼤公差值，以软体计算是否可达成。

PCB 製程管制重点为⽤对材料/线径公差10%以内/压后层间厚度準确10%以内，即可达到设计要求。

((三)) 何谓Er值? 通常介质常数或称相对电容率既是每单位体积的绝缘物质在每⼀单位之电位梯度下所能储存的静电能量。

介质常数⾼则信号传输不少被储存在板材中⽽造成信号不佳及传播速率减慢。

⼀般对于信号品质要求⾼者会限⽤PTF((铁弗龙))就是因为其Er=2..5。

(四) ⼀般阻抗分3类： 1. 特性阻抗(impedance)。

如客户针对4层板，外层线宽进⾏阻抗之控制，其计算外层线宽阻抗软件模式如下。

　其阻抗条之设计如下： 如客户针对6层板，其1，3，4，6层为⾛线层，皆须进⾏阻抗线宽之控制，注意内层L3&L4之阻抗线宽需措开不可重叠，避免影响阻抗值之测试，其计算内层线宽阻抗软件模式如下。

PCB 阻抗控制设计说明随着PCB 信号切换速度不断增长，当今的PCB 设计厂商需要理解和控制PCB 迹线的阻抗。

相应于现代数字电路较短的信号传输时间和较高的时钟速率，PCB 迹线不再是简单的连接，而是传输线。

在实际情况中，需要在数字边际速度高于1ns 或模拟频率超过300Mhz 时控制迹线阻抗。

PCB 迹线的关键参数之一是其特性阻抗 (即波沿信号传输线路传送时电压与电流的比值) 。

印制电路板上导线的特性阻抗是电路板设计的一个重要指标，特别是在高频电路的PCB 设计中，必须考虑导线的特性阻抗和器件或信号所要求的特性阻抗是否一致，是否匹配。

这就涉及到两个概念：阻抗控制与阻抗匹配，本文重点讨论阻抗控制和叠层设计的问题。

阻抗控制阻抗控制(eImpedance Controling) ，线路板中的导体中会有各种信号的传递，为提高其传输速率而必须提高其频率，线路本身若因蚀刻，叠层厚度，导线宽度等不同因素，将会造成阻抗值得变化，使其信号失真。

故在高速线路板上的导体，其阻抗值应控制在某一范围之内，称为“阻抗控制”。

PCB 迹线的阻抗将由其感应和电容性电感、电阻和电导系数确定。

影响PCB 走线的阻抗的因素主要有: 铜线的宽度、铜线的厚度、介质的介电常数、介质的厚度、焊盘的厚度、地线的路径、走线周边的走线等。

PCB 阻抗的范围是25 至120 欧姆。

在实际情况下，PCB 传输线路通常由一个导线迹线、一个或多个参考层和绝缘材质组成。

迹线和板层构成了控制阻抗。

PCB 将常常采用多层结构，并且控制阻抗也可以采用各种方式来构建。

但是，无论使用什么方式，阻抗值都将由其物理结构和绝缘材料的电子特性决定：信号迹线的宽度和厚度迹线两侧的内核或预填材质的高度迹线和板层的配置内核和预填材质的绝缘常数PCB 传输线主要有两种形式：微带线( Microstrip )与带状线( Stripline )。

微带线( Microstrip )微带线是一根带状导线，指只有一边存在参考平面的传输线，顶部和侧边都曝置于空气中（也可上敷涂覆层），位于绝缘常数Er 线路板的表面之上，以电源或接地层为参考。

印刷电路板（PCB）的特性阻抗与特性阻抗控制印刷电路板（PCB）的特性阻抗与特性阻抗控制1、电阻交流电流流过一个导体时，所受到的阻力称为阻抗（Impedance），符合为Z，单位还是Ω。

此时的阻力同直流电流所遇到的阻力有差别，除了电阻的阻力以外，还有感抗（XL）和容抗（XC）的阻力问题。

为区别直流电的电阻，将交流电所遇到之阻力称为阻抗（Z）。

Z=√ R2 +（XL -XC）22、阻抗（Z）近年来，IC集成度的提高和应用，其信号传输频率和速度越来越高，因而在印制板导线中，信号传输（发射）高到某一定值后，便会受到印制板导线本身的影响，从而导致传输信号的严重失真或完全丧失。

这表明，PCB导线所“流通”的“东西”并不是电流，而是方波讯号或脉冲在能量上的传输。

3、特性阻抗控制（Z0 ）上述此种“讯号”传输时所受到的阻力，另称为“特性阻抗”，代表符号为Z0。

所以，PCB导线上单解决“通”、“断”和“短路”的问题还不够，还要控制导线的特性阻抗问题。

就是说，高速传输、高频讯号传输的传输线，在质量上要比传输导线严格得多。

不再是“开路/短路”测试过关，或者缺口、毛刺未超过线宽的20%，就能接收。

必须要求测定特性阻抗值，这个阻抗也要控制在公差以内，否则，只有报废，不得返工。

二、讯号传播与传输线1、信号传输线定义（1）根据电磁波的原理，波长（λ）越短，频率（f）越高。

两者的乘积为光速。

即C = λ.f ＝3×1010 cm/s（2）任何元器件，尽管具有很高的信号传输频率，但经过PCB导线传输后，原来很高的传输频率将降下来，或时间延迟了。

因此，导线长度越短越好。

（3）提高PCB布线密度或缩短导线尺寸是有利的。

但是，随着元件频率的加快，或脉冲周期的缩短，导线长度接近信号波长（速度）的某一范围，此时元件在PCB导线传输时，便会出现明显的“失真”。

（4）IPC－2141的3.4.4提出：当信号在导线中传输时，如果导线长度接近信号波长的1/7时，此时的导线被视为信号传输线。

PCB设计之阻抗控制的走线细节举例1.走线的宽度和间距：走线的宽度和间距会直接影响走线的阻抗。

通常情况下，走线的宽度越宽，阻抗越低。

为了控制阻抗，可以在设计软件中使用特定的规则来指定走线的宽度和间距。

例如，对于常见的50欧姆的阻抗控制要求，可以将规则设置为适当的走线宽度和间距。

2.层数的选择：在高速信号传输中，层数的选择也会影响阻抗。

较高的层数可提供更多的走线空间，有助于降低阻抗。

因此，为了阻抗控制，可以选择适当的层数。

在多层PCB设计中，内层走线的间距和宽度也需要综合考虑，以保持阻抗的一致性。

3.地平面的设计：在PCB设计中，地平面的设计是控制阻抗的关键。

地平面应尽可能地平整，并且与走线保持一定的距离。

这样可以减少地平面与走线之间的互电容和互电感，从而提高阻抗的一致性。

为了实现这一点，可以在地平面上设置一些小孔，用于连接不同地层，从而提高地层的连贯性。

4.走线的形状和拐角：走线的形状和拐角也会影响阻抗。

通常情况下，直线和圆弧形的走线对阻抗控制较好，而直角拐弯较差。

在需要进行90度拐角的情况下，可以使用斜角拐弯来减小阻抗的变化。

此外，走线的形状和转角也会对电磁兼容性（EMC）产生影响，在设计时需要综合考虑。

5.信号层和电源/地层的分离：为了阻抗控制，信号层和电源/地层应尽可能地分离。

这样可以减少信号层与电源/地层之间的互电容和互电感，从而提高阻抗的一致性。

在多层PCB设计中，可以选择在信号层之间插入电源/地层，建立一个电源平面或地平面来提供均匀的分布。

6.终端匹配：终端匹配是一种常用的阻抗控制技术。

通过在信号线的起始和终止位置添加合适的电阻、电容等元件，可以达到匹配信号线的阻抗。

例如，可以在信号线的终止位置添加电阻，以匹配信号线和负载之间的阻抗。

终端匹配可以在设计中通过网络分析软件来实现。

综上所述，PCB设计中的走线细节对于阻抗控制至关重要。

通过选择适当的走线宽度和间距、层数、设计合理的地平面、走线的形状和拐角以及合理的终端匹配，可以实现阻抗的一致性，提高信号传输的质量和稳定性。

PCB阻抗控制解决方案随着PCB 信号切换速度不断增长，当今的PCB 设计厂商需要理解和控制PCB 迹线的阻抗。

相应于现代数字电路较短的信号传输时间和较高的时钟速率，PCB 迹线不再是简单的连接，而是传输线。

在实际情况中，需要在数字边际速度高于1ns或模拟频率超过300Mhz时控制迹线阻抗。

PCB 迹线的关键参数之一是其特性阻抗（即波沿信号传输线路传送时电压与电流的比值）。

印制电路板上导线的特性阻抗是电路板设计的一个重要指标，特别是在高频电路的PCB设计中，必须考虑导线的特性阻抗和器件或信号所要求的特性阻抗是否一致，是否匹配。

这就涉及到两个概念：阻抗控制与阻抗匹配，本文重点讨论阻抗控制和叠层设计的问题。

阻抗控制阻抗控制（eImpedance Controling），线路板中的导体中会有各种信号的传递，为提高其传输速率而必须提高其频率，线路本身若因蚀刻，叠层厚度，导线宽度等不同因素，将会造成阻抗值得变化，使其信号失真。

故在高速线路板上的导体，其阻抗值应控制在某一范围之内，称为阻抗控制。

PCB 迹线的阻抗将由其感应和电容性电感、电阻和电导系数确定。

影响PCB走线的阻抗的因素主要有：铜线的宽度、铜线的厚度、介质的介电常数、介质的厚度、焊盘的厚度、地线的路径、走线周边的走线等。

PCB 阻抗的范围是25 至120 欧姆。

在实际情况下，PCB 传输线路通常由一个导线迹线、一个或多个参考层和绝缘材质组成。

迹线和板层构成了控制阻抗。

PCB 将常常采用多层结构，并且控制阻抗也可以采用各种方式来构建。

但是，无论使用什么方式，阻抗值都将由其物理结构和绝缘材料的电子特性决定：信号迹线的宽度和厚度迹线两侧的内核或预填材质的高度。

两层板（双面板）如何控制50欧特性阻抗的设计技巧我们都知道，在射频电路的设计过程中，走线保持50欧姆的特性阻抗是一件很重要的事情，尤其是在Wi-Fi产品的射频电路设计过程中，由于工作频率很高（2.4GHz或者5.8GHz），特性阻抗的控制就显得更加重要了。

如果特性阻抗没有很好的控制在50欧姆，那么将会给射频工程师的工作带来很大的麻烦。

什么是特性阻抗?是指当导体中有电子”讯号”波形之传播时，其电压对电流的比值称为”阻抗Impedance”。

由于交流电路中或在高频情况下，原已混杂有其它因素(如容抗、感抗等)的”Resistance”，已不再只是简单直流电的”欧姆电阻”(OhmicResistance)，故在电路中不宜再称为”电阻”，而应改称为”阻抗”。

不过到了真正用到”Impedance阻抗”的交流电情况时，免不了会造成混淆，为了有所区别起见，只好将电子讯号者称为”特性阻抗”。

电路板线路中的讯号传播时，影响其”特性阻抗”的因素有线路的截面积，线路与接地层之间绝绿材质的厚度，以及其介质常数等三项。

目前已有许多高频高传输速度的板子，已要求”特性阻抗”须控制在某一范围之内，则板子在制造过程中，必须认真考虑上述三项重要的参数以及其它配合的条件。

两层板如何有效的控制特性阻抗？在四层板或者六层板的时候，我们一般会在顶层（top）走射频的线，然后再第二层会是完整的地平面，这样顶层和第二层的之间的电介质是很薄的，顶层的线不用很宽就可以满足50欧姆的特性阻抗（在其他情况相同的情况下，走线越宽，特性阻抗越小）。

但是，在两层板的情况下，就不一样了。

两层板时，为了保证电路板的强度，我们不可能用很薄的电路板去做，这时，顶层和底层（参考面）之间的间距就会很大，如果还是用原来的办法控制50欧姆的特性阻抗，那么顶层的走线必须很宽。

例如我们假设板子的厚度是39.6mil(1mm)，按照常规的做法，在Polar中设计，如下图线宽70mil，这是一个近乎荒谬的结论，简直令人抓狂。

PCB阻抗设计准则PCB（Printed Circuit Board，印刷电路板）阻抗设计准则是在设计和制造PCB时确保信号传输的准确性和稳定性的指导原则。

阻抗是电路中电流和电压之间的相对关系，它对信号传输速度、数据完整性和抗干扰能力等方面都具有重要影响。

因此，PCB阻抗设计准则是确保PCB可靠性和性能的关键。

以下是一些常见的PCB阻抗设计准则：1.选择合适的传输线构造：在PCB设计中，常见的传输线类型有微带线、同轴线和双向线等。

根据实际应用需求和信号特性，选择合适的传输线类型和线宽。

2.控制传输线的几何尺寸：传输线的宽度、间距和厚度等几何参数直接影响阻抗。

因此，在设计过程中要按照设计要求和信号特性控制好传输线的几何尺寸。

3.选择合适的介质常数：介质常数是PCB设计中很重要的一个参数，它对传输线的阻抗有很大影响。

选择合适的介质常数可确保传输线阻抗的一致性和稳定性。

4.控制传输线长度：传输线的长度也会对阻抗产生影响。

阻抗是随着长度的变化而变化的，因此在PCB设计中要控制好传输线的长度。

5.使用阻抗控制工具：PCB设计软件通常会提供阻抗控制工具，可以帮助设计师快速计算和控制传输线的阻抗。

合理使用这些工具可以提高设计效率和准确性。

6.注意信号层之间的阻抗匹配：在多层PCB中，不同信号层之间的阻抗匹配也是非常重要的。

在设计过程中要注意信号层之间对阻抗的影响，通过适当的层堆叠和电气连接方式来实现阻抗匹配。

7.确保良好的地与电源连接：地和电源连接是PCB设计中另一个关键问题。

良好的地和电源连接可以减小共模干扰和电源噪音，从而提高信号质量和阻抗匹配。

8.进行阻抗测试和验证：在PCB制造完成后，进行阻抗测试和验证是非常重要的。

通过测量实际的阻抗值和预期的阻抗值进行对比，可以确保PCB的阻抗设计是准确和可靠的。

综上所述，PCB阻抗设计准则是确保PCB可靠性和性能的关键。

合理控制传输线的几何尺寸、选择合适的介质常数、控制传输线长度等都是保证阻抗的一致性和稳定性的重要因素。