PCB的阻抗控制与前端仿真(SI9000的应用)

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Polar-SI9000专业计算阻抗软件

Polar-SI9000专业计算阻抗软件一,首先给大家介绍一下Polar软件,Polar是专业计算阻抗的软件,其版本包括:Si6000,Si8000,及Si9000.二,其次给大家介绍常见的几种阻抗模型:特性阻抗,差分阻抗,共面性阻抗.' H6 j5 r+ g5 J' D8 q2 u( t" O5 \1.外层特性阻抗模型:2.内层特性阻抗模型:- Z. O5 [) D# _5 ]3 b, u2 p8 [3.外层差分阻抗模型:$ l% R% v7 J8 D/ V1 @# S& Y0 t' z9 L: m- m4.内层差分阻抗模型:: O7 E$ i& ? } [' S5 @5.共面性阻抗模型:包括(1)外层共面特性阻抗，(2)内层共面特性阻抗，(3)外层共面差分阻抗，(4)内层共面差分阻抗.三,再次给大家介绍一下芯板(即Core)及半固化片(即PP),/ j! a+ Z! y {8 Q 每个多层板都是由芯板和半固化片通过压合而成的,普通的FR-4板材一般有:生益,建滔,联茂等板材供应商.生益FR-4的芯板根据板厚来划分有:0.10MM ,0.15MM, 0.2MM , 0.25MM. 0.3MM, 0.4MM, 0.5MM等,包括有H/HOZ,1/1OZ,等这里有一点需要大家特别注意:含两位小数的板厚是指不含铜的厚度,只有一位小数指包括铜的总厚度,例如:0.10MM 1/1OZ的芯板,其0.10MM是指介质的厚度,其总厚度应为0.10MM+0.035+0.035MM=0.17MM,再如:0.15MM 1/1OZ的芯板,其总厚度是:0.15MM+0.035MM+0.035MM=0.22MM,而0.2MM 1/1OZ 的芯板,其总厚度就是0.2MM,它的介质厚度应为:0.2MM-0.035MM-0.035MM=0.13MM.半固化片(即PP),一般包括:106,1080,2116,7628等,其厚度为:106为0.04MM,1080为0.06MM,2116为0.11MM,7628为0.19MM.' f1 E! T: F6 M" ]$ c8 O当我们计算层叠结构时候通常需要把几张PP叠在一起,例如:2116+106,其厚度为0.15MM,即6MIL;1080*2+7628,其厚度为0.31MM,即12.2MIL等.但需注意以下几点:一、一般不允许张或4张以上PP叠放在一起,因为压合时容易产生滑板现象.二、7628的PP一般不允许放在外层,因为7628表面比较粗糙,会影响板子的外观.三、另外3张1080也不允许放在外层,因为压合时也容易产生滑板现象.后续我会把一些常用的芯板以及各种组合的PP厚度汇总给大家,以便学习用Polar软件计算阻抗及层叠结构时使用!四,怎样使用Polar Si9000软件计算阻抗:+ B+ M( R, n" @0 q7 L首先应知道是特性阻抗还是差分阻抗,具体阻抗线在哪些信号层上,阻抗线的参考面是哪些层?其次根据文件选择正确的阻抗模型来计算阻抗,最后通过调整各层间的介质厚度,或者调整阻抗线的线宽及间距来满足阻抗及板厚的要求!4五,举例说明怎样使用Polar Si9000计算阻抗及设计层叠结构:1.四层板板厚1.6MM,外层信号线要求控制50欧姆特性阻抗和100欧姆差分阻抗.其设计结构详见:4层板1.6MM阻抗设计.jpg,其中H1代表的是信号层与参考层之间的介质厚度,即L1与L2之间的厚度为3.2MIL,Er1为板材的介电常数,FR-4通常为4.2-4.6,W 称为下线宽，W2称为上线宽,一般认为W1=W+0.5MIL,W2=W-0.5MIL,S1(注意S1<2W)为两根差分线之间的间距(指线边缘与线边缘之间距离),T1信号层的成品铜厚，外层1OZ=1.4MIL,而内层考虑的蚀刻的因素，我们通常认为内层1OZ=1.2MIL,而0.5OZ=0.6MIL。

si9000 中间层差分阻抗计算

si9000 中间层差分阻抗计算si9000 中间层差分阻抗计算在现代电子通信和电子设备的设计中，中间层差分阻抗计算是一个非常重要的主题。

si9000 是一种常用的计算工具，用于帮助工程师计算和优化中间层差分阻抗。

本文将深入探讨 si9000 中间层差分阻抗计算的原理、方法和应用，并共享个人观点和理解。

一、si9000 中间层差分阻抗计算的重要性1. 中间层差分阻抗的定义中间层差分阻抗是指在多层印制电路板（PCB）中，两个相邻的导体层之间所形成的差分传输线的阻抗。

在高速信号传输和抗干扰能力方面，中间层差分阻抗的匹配和控制至关重要。

2. 信号完整性和性能稳定性在现代电子设备中，尤其是高频和高速通信设备中，信号完整性和性能稳定性是设计中最为关键的因素之一。

而中间层差分阻抗的合适性直接影响了信号的传输品质和抗干扰能力。

3. 设计和优化的需求设计师需要通过对中间层差分阻抗的准确计算和优化，来保证电子设备在高速信号传输和抗干扰能力方面的稳定表现。

si9000 作为一种专业工具，能够帮助工程师进行准确和可靠的中间层差分阻抗计算，从而满足设计和优化的需求。

二、si9000 中间层差分阻抗计算的原理和方法1. 差分传输线的定义和特点差分传输线是由两条相等而并列的导体线组成，它们之间的电压是相等的，但是电流方向相反。

差分传输线的主要特点是抗干扰能力强，传输速度快，适用于高速信号传输。

2. si9000 的工作原理si9000 是一种专业的中间层差分阻抗计算工具，其核心算法基于传输线理论和有限元方法。

通过建立中间层结构的几何模型、选择合适的介质材料参数和计算条件，si9000 能够进行精确的中间层差分阻抗计算。

3. si9000 的使用方法在进行中间层差分阻抗计算时，用户需要输入中间层结构的几何尺寸、介质材料参数和工作频率等信息。

si9000 会根据用户输入的参数进行计算，并给出相应的阻抗数值和波形图，以帮助用户对中间层差分阻抗进行评估和优化。

阻抗控制计算之SI9000

阻抗计算之SI9000Jerry Wang概述阻抗匹配在高速电路设计中非常重要，高速电路板设计的时候通常对于关键信号都需要进行阻抗控制。

SI9000是一款很好的计算软件，之前的版本有SI6000以及SI8000，本文试图简要介绍SI9000的使用并给出SI6000和SI9000的异同。

传输线阻抗的由来以及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到推出通解定义出特性阻抗无耗线下r=0，g=0则得到注意，此特性阻抗和波阻抗的概念上的差异（具体查看平面波阻抗定义）特性阻抗与波阻抗之间的关系可从LC=εμ此关系式推出。

理解特性阻抗理论上是怎么回事，再来看看实际的意义。

当电流电压在传输线传播的时候，如果特性阻抗不一致所求出来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，因为匹配的重要性在此展现出来。

叠层（Stackup）的定义下图是一种8层板常用的叠层，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和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,对应的单位如下这里需要注意的是，由于内层蚀刻表面层电镀，实际的厚度会有差别，比如内层一般的1Oz = 1.2 mil。

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。

SI9000PCB阻抗计算实例

SI9000PCB阻抗计算实例SI9000是一款用于计算PCB（Printed Circuit Board，印刷电路板）设计中的传输线阻抗的软件工具。

在PCB设计中，传输线的阻抗是一个重要的参数，它决定了信号在传输线上的传输质量和速度。

SI9000通过使用传输线的几何参数和材料特性，可以快速准确地计算出传输线的阻抗。

下面将通过一个实例来说明如何使用SI9000进行PCB阻抗计算。

假设我们有一个印刷电路板上的差分传输线，其几何参数如下：- 传输线宽度：4 mil- 信号线间距：6 mil- 传输线高度：1.6 mm- 传输线长度：10 cm-PCB基材介电常数：4.6-PCB基材损耗正切：0.02首先，我们需要创建一个新的SI9000项目，并将以上几何参数输入到软件中。

接下来，我们需要选择合适的电磁场求解器方法。

SI9000提供了多种求解器方法，包括静电场、静磁场、动态磁场以及全波求解器等。

在这个实例中，我们可以选择使用全波求解器。

然后，我们需要设置传输线的材料特性。

SI9000可以根据选择的基材介电常数和损耗正切来计算传输线的阻抗。

对于差分传输线来说，我们需要设置差分对之间的间距。

在这个实例中，信号线间距为6 mil。

完成参数设置后，我们可以运行SI9000进行计算，软件会根据输入的参数计算出传输线的阻抗。

计算完成后，SI9000会给出传输线的阻抗值。

在这个实例中，我们可以得到差分传输线的阻抗为100欧姆。

除了阻抗计算，SI9000还可以提供其他有用的信息，如传输线的电磁场分布图和传输线的延迟时间等。

总结起来，SI9000是一个用于计算PCB传输线阻抗的实用工具。

在进行PCB设计时，使用SI9000可以快速准确地计算出传输线的阻抗，从而确保信号的传输质量和速度。

详解怎样使用Polar_Si9000软件计算阻抗及如何设计层叠结构

详解怎样使用Polar Si9000软件计算阻抗及如何设计层叠构造.一,首先给大家介绍一下Polar软件,Polar是专业计算阻抗的软件,其版本包括:Si6000,Si8000,及Si9000.二,其次给大家介绍常见的几种阻抗模型:特性阻抗,差分阻抗,共面性阻抗.1.外层特性阻抗模型:2.层特性阻抗模型:3.外层差分阻抗模型:4.层差分阻抗模型:5.共面性阻抗模型:包括(1)外层共面特性阻抗，(2)层共面特性阻抗，(3)外层共面差分阻抗，(4)层共面差分阻抗.三,再次给大家介绍一下芯板(即Core)及半固化片(即PP), 每个多层板都是由芯板和半固化片通过压合而成的,普通的FR-4板材一般有:生益,建滔,联茂等板材供应商.生益FR-4的芯板根据板厚来划分有:0.10MM ,0.15MM,,0.2MM ,,0.25MM.0.3MM,0.4MM,0.5MM等,包括有H/HOZ,1/1OZ,等这里有一点需要大家特别注意:含两位小数的板厚是指不含铜的厚度,只有一位小数指包括铜的总厚度,例如:0.10MM 1/1OZ的芯板,其0.10MM是指介质的厚度,其总厚度应为0.10MM+0.035+0.035MM=0.17MM,再如:0.15MM 1/1OZ的芯板,其总厚度是:0.15MM+0.035MM+0.035MM=0.22MM,而0.2MM 1/1OZ的芯板,其总厚度就是0.2MM,它的介质厚度应为:0.2MM-0.035MM-0.035MM=0.13MM.半固化片(即PP),一般包括:106,1080,2116,7628等,其厚度为:106为0.04MM,1080为0.06MM,2116为0.11MM,7628为0.19MM.当我们计算层叠构造时候通常需要把几PP叠在一起,例如:2116+106,其厚度为0.15MM,即6MIL;1080*2+7628,其厚度为0.31MM,即12.2MIL等.但需注意以下几点:1,一般不允许4或4以上PP叠放在一起,因为压合时容易产生滑板现象.2,7628的PP一般不允许放在外层,因为7628外表比较粗糙,会影响板子的外观.3,另外31080也不允许放在外层,因为压合时也容易产生滑板现象.后续我会把一些常用的芯板以及各种组合的PP厚度汇总给大家,以便学习用Polar软件计算阻抗及层叠构造时使用!四,怎样使用Polar Si9000软件计算阻抗:首先应知道是特性阻抗还是差分阻抗,具体阻抗线在哪些信号层上,阻抗线的参考面是哪些层?其次根据文件选择正确的阻抗模型来计算阻抗,最后通过调整各层间的介质厚度,或者调整阻抗线的线宽及间距来满足阻抗及板厚的要求五,举例说明怎样使用Polar Si9000计算阻抗及设计层叠构造:1.四层板板厚1.6MM,外层信号线要求控制50欧姆特性阻抗和100欧姆差分阻抗.其设计构造详见:4层板1.6MM阻抗设计.jpg,其中H1代表的是信号层与参考层之间的介质厚度,即L1与L2之间的厚度为3.2MIL,Er1为板材的介电常数,FR-4通常为4.2-4.6,W1称为下线宽，W2称为上线宽,一般认为W1=W+0.5MIL,W2=W-0.5MIL,S1(注意S1<2W)为两根差分线之间的间距(指线边缘与线边缘之间距离),T1信号层的成品铜厚，外层1OZ=1.4MIL,而层考虑的蚀刻的因素，我们通常认为层1OZ=1.2MIL,而0.5OZ=0.6MIL。

详解PolarSI9000软件计算阻抗及设计层叠结构

详解 Polar SI9000 软件计算阻抗及设计层叠结构
第一部分：阻抗知识详细介绍
1、特性阻抗的定义特性阻抗：又称“特征阻抗”，它不是直流电阻，属于长线传输中的概念。
在高频范围内，信号传输过程中，信号沿到达的地方，信号线和参考平面（电源或地平面）间由于电场的建立，会产生一个瞬间电流，如果传输线是各向同性的，那么只要信号在传输，就始终存在一个电流 I，而如果信号的输出电平为 V，在信号传输过程中，传输线就会等效成一个电阻，大小为 V/I，把这个等效的电阻称为传输线的特性阻抗 Z。信号在传输的过程中，如果传输路径上的特性阻抗发生变化，信号就会在阻抗不连续的结点产生反射。影响特性阻抗的因素有：介电常数、介质厚度、线宽、铜箔厚度。 2、控制阻抗的目的
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）
注：残铜率：残铜率是指板平面有铺铜的面积和整板面积之比；一般表层的残铜
率取 100%，光板的残铜率为 0。没有加工的原材料就是1，蚀刻成光板就是0. 一般我们设计中平面层取残铜率65%-70%，信号层取残铜率 15%-23%。
第三部分：6 层板阻抗计算实例演示
表层阻抗=SI9000 软件计算值（不盖阻焊模式）*0.9+3.2 内层阻抗= SI9000 软件计算值 L1/6 层单端 50 欧姆走线
L3 层单端 50 欧姆走线
L1/6 层差分 100 欧姆走线 L3 层差分 100 欧姆走线
L1 层单端 75 欧姆、隔层参考 L3 层走线 L1/L6 微带线、共面阻抗 100 欧姆走线
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 铜厚 T

阻抗匹配计算公式si9000

阻抗匹配计算公式si9000概述本文档将介绍阻抗匹配计算公式s i9000的基本原理和使用方法。

阻抗匹配是电子电路设计中常用的技术，用于优化信号传输和减少反射。

什么是阻抗匹配阻抗匹配是一种通过调整电路中的阻抗，使其与信号源或负载的阻抗相匹配的技术。

当信号在电路中传输时，如果信号源和负载之间的阻抗不匹配，会导致信号的反射和损耗。

而通过阻抗匹配，可以最大限度地提高信号传输的效率和质量。

阻抗匹配原理阻抗匹配的基本原理是利用电路中的传输线特性以及一些补偿元件，调整输入和输出阻抗，使其与信号源或负载的阻抗相等。

这样可以使信号在电路中无反射地传输，并最大限度地传递能量。

常用的阻抗匹配方法包括使用传输线、补偿电容和电感元件等。

通过合理选择这些元件的数值和布局，可以实现阻抗匹配，并优化电路的性能。

阻抗匹配计算公式si9000s i9000是一种常用的阻抗匹配计算公式，可以用于计算阻抗匹配网络的参数。

以下是s i9000的计算公式：s i9000=(Z2-Z0)/(Z2+Z0)其中，s i9000表示阻抗匹配系数，Z2表示负载阻抗，Z0表示信号源的阻抗。

使用方法使用阻抗匹配计算公式s i9000，可以快速计算阻抗匹配网络的参数。

以下是使用s i9000的步骤：1.确定信号源的阻抗Z0和负载阻抗Z2的数值。

2.将上述数值代入si9000的计算公式中。

3.计算公式给出的si9000值即为阻抗匹配系数。

根据阻抗匹配系数，可以选择合适的补偿元件，并根据其数值和布局，调整电路的阻抗，以实现阻抗匹配。

注意事项在使用阻抗匹配计算公式si9000时，需要注意以下事项：1.确保输入的阻抗数值准确无误。

2.选择合适的补偿元件时，考虑其频率响应和功耗等因素。

3.进行阻抗匹配时，应综合考虑整个电路的性能和稳定性。

总结阻抗匹配计算公式si9000是一种实用工具，可用于优化电路的阻抗匹配。

通过合理选择补偿元件，可以实现阻抗的匹配并提高信号传输的效率。

Polar SI9000专业计算阻抗软件

一,首先给大家介绍一下Polar软件,Polar是专业计算阻抗的软件,其版本包括:Si6000,Si8000,及Si9000.二,其次给大家介绍常见的几种阻抗模型:特性阻抗,差分阻抗,共面性阻抗.1.外层特性阻抗模型:2.内层特性阻抗模型:3.外层差分阻抗模型:4.内层差分阻抗模型:5.共面性阻抗模型:包括(1)外层共面特性阻抗，(2)内层共面特性阻抗，(3)外层共面差分阻抗，(4)内层共面差分阻抗.三,再次给大家介绍一下芯板(即Core)及半固化片(即PP),每个多层板都是由芯板和半固化片通过压合而成的,普通的FR-4板材一般有:生益,建滔,联茂等板材供应商.生益FR-4的芯板根据板厚来划分有:0.10MM ,0.15MM, 0.2MM , 0.25MM. 0.3MM, 0.4MM, 0.5MM等,包括有H/HOZ,1/1OZ,等这里有一点需要大家特别注意:含两位小数的板厚是指不含铜的厚度,只有一位小数指包括铜的总厚度,例如:0.10MM 1/1OZ的芯板,其0.10MM是指介质的厚度,其总厚度应为0.10MM+0.035+0.035MM=0.17MM,再如:0.15MM 1/1OZ的芯板,其总厚度是:0.15MM+0.035MM+0.035MM=0.22MM,而0.2MM 1/1OZ的芯板,其总厚度就是0.2MM,它的介质厚度应为:0.2MM-0.035MM-0.035MM=0.13MM.半固化片(即PP),一般包括:106,1080,2116,7628等,其厚度为:106为0.04MM,1080为0.06MM,2116为0.11MM,7628为0.19MM.当我们计算层叠结构时候通常需要把几张PP叠在一起,例如:2116+106,其厚度为0.15MM,即6MIL;1080*2+7628,其厚度为0.31MM,即12.2MIL等.但需注意以下几点:一、一般不允许4张或4张以上PP叠放在一起,因为压合时容易产生滑板现象.二、7628的PP一般不允许放在外层,因为7628表面比较粗糙,会影响板子的外观.三、另外3张1080也不允许放在外层,因为压合时也容易产生滑板现象.后续我会把一些常用的芯板以及各种组合的PP厚度汇总给大家,以便学习用Polar软件计算阻抗及层叠结构时使用! 四,怎样使用Polar Si9000软件计算阻抗:首先应知道是特性阻抗还是差分阻抗,具体阻抗线在哪些信号层上,阻抗线的参考面是哪些层?其次根据文件选择正确的阻抗模型来计算阻抗,最后通过调整各层间的介质厚度,或者调整阻抗线的线宽及间距来满足阻抗及板厚的要求!4五,举例说明怎样使用Polar Si9000计算阻抗及设计层叠结构:1.四层板板厚1.6MM,外层信号线要求控制50欧姆特性阻抗和100欧姆差分阻抗.其设计结构详见:4层板1.6MM阻抗设计.jpg,其中H1代表的是信号层与参考层之间的介质厚度,即L1与L2之间的厚度为3.2MIL,Er1为板材的介电常数,FR-4通常为4.2-4.6,W1称为下线宽，W2称为上线宽,一般认为W1=W+0.5MIL,W2=W-0.5MIL,S1(注意S1<2W)为两根差分线之间的间距(指线边缘与线边缘之间距离),T1信号层的成品铜厚，外层1OZ=1.4MIL,而内层考虑的蚀刻的因素，我们通常认为内层1OZ=1.2MIL,而0.5OZ=0.6MIL。

使用SI9000进行PCB常规阻抗计算

SI9000常规阻抗计算常规信号分为微带线与带状线,微带线指该信号线只有一个参考平面（表底层），带状线指该信号线在两个参考平面之间(内层），故阻抗计算需要选择不同模型来完成。

一、外层（微带线)单端阻抗计算模型１、单端阻抗结构——>2、单端阻抗模型——＞３、设置相应参数说明：介电常数与板材有关,常规ＦＲ４介电常数在4、２—4、5之间，常规半固化片介电常数１０6(3、9)、１08０(4、２)、2116（4、２)、7628（４、５)，罗杰斯板材RＯ4３50B介电常数就是3、66,M6板材介电常数在3、3－3、5之间.二、外层(微带线）差分阻抗计算模型1、差分阻抗结构-—>2、差分阻抗模型——＞3、设置相应参数说明：常规差分控制阻抗100ｏhm，UＳＢ控90ohm，Typeｃ控90oh ｍ以下就是1、6ｍm板厚常规八层板得层叠1、 3个信号层、2个地、一个电源２、射频隔层参考，线宽16ｍil3、关键信号在S1层,注意Ｓ２跨分割问题,适用于杂线多得情况A.根据微带线单端模型50oｈm阻抗计算如下(线宽6):B。

根据微带线差分模型阻抗计算如下:1、单端阻抗结构--＞2、单端阻抗模型—-〉3、设置相应参数1、差分阻抗结构-—＞2、差分阻抗模型——>3、设置相应参数根据常规8层板层叠计算内层阻抗、Ａ。

内层单端阻抗模型：S１：Ｈ1=16+1、2+４、３=21、5Ｈ2=１、２＋４、３＝5、5S1层５0oｈm：5mil（说明:阻抗允许误差正负10％,Ｈ1与Ｈ2数值）Ｓ1与S2参考层面厚度相差较小阻抗线宽一致（说明：如果H1与H2数值正确,H１与H2即使颠倒，阻抗变化很小)S2：H１=４、3ﻩ H2＝1、2+16+1、2+4、３=22、7S2层５0ohｍ:５mｉlＳ３:H1＝4、3H2=1、2＋16=1７、２S3层5０ｏhm:５ｍｉlB．内层差分阻抗模型(介质厚度与单端阻抗一致)：Ｓ１：H１=１6＋１、2+４、3＝21、５H2＝１、２+4、3=５、5S2：H1=4、3ﻩ H2＝１、2+1６+1、２+4、3=22、7S3：H1=4、3Ｈ2=１、2＋1６=17、2S1、S２、S3：90ohｍＳ1、S２、S3:100oｈｍ同理计算，概不赘述.（关于射频线阻抗计算隔层参考，共面阻抗计算参考＜SI9000隔层及共面模型计算＞)阻抗说明：叠层厚度通常由单板实际情况决定,如果叠层确定，线宽变小,阻抗变大，差分阻抗线之间得间距变大，阻抗变大，差分1０0ohm计算时，可通过改变线宽与间距实现（注意：建议差分间距不要大于2倍线宽如4得线宽８得间距）.单端阻抗主要依靠改变线宽实现。

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PCB的阻抗控制与前端仿真（SI9000的应用）2010-01-28 / 4:44 PMPCB传输线简介：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(Impedance Controlling)，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。

如下图所示：注意：在实际的PCB制造中，板厂通常会在PCB板的表面涂覆一层绿油，因此在实际的阻抗计算中，通常对于表面微带线采用下图所示的模型进行计算：带状线（Stripline）：带状线是置于两个参考平面之间的带状导线，如下图所示，H1和H2代表的电介质的介电常数可以不同。

上述两个例子只是微带线和带状线的一个典型示范，具体的微带线和带状线有很多种，如覆膜微带线等，都是跟具体的PCB的叠层结构相关。

用于计算特性阻抗的等式需要复杂的数学计算，通常使用场求解方法，其中包括边界元素分析在内，因此使用专门的阻抗计算软件SI9000，我们所需做的就是控制特性阻抗的参数：绝缘层的介电常数Er、走线宽度W1、W2（梯形）、走线厚度T和绝缘层厚度H。

对于W1、W2的说明：此处的W=W1，W1=W2.规则：W1=W-AW—设计线宽A—Etch loss (见上表)走线上下宽度不一致的原因是：PCB板制造过程中是从上到下而腐蚀，因此腐蚀出来的线呈梯形。

走线厚度T与该层的铜厚有对应关系，具体如下：铜厚-- COPPER THICKNESSBase copper thk For inner layer For outer layerH OZ 0.6mil 1.8mil1 OZ 1.2MIL 2.5MIL2 OZ 2.4MIL 3.6MIL绿油厚度：*因绿油厚度对阻抗影响较小，故假定为定值0.5mil。

我们可以通过控制这几个参数来达到阻抗控制的目的，下面以安维的底板PCB为例说明阻抗控制的步骤和SI9000的使用：底板PCB的叠层为下图所示：第二层为地平面，第五层为电源平面，其余各层为信号层。

各层的层厚如下表所示：Layer Name Type Material Thinkness ClassSURFACE AIRTOP CONDUCTOR COPPER 0.5 OZ ROUTINGDIELECTRIC FR-4 3.800MILL2-INNER CONDUCTOR COPPER 1 OZ PLANEDIELECTRIC FR-4 5.910MILL3-INNER CONDUCTOR COPPER 1 OZ ROUTINGDIELECTRIC FR-4 33.O8MILL4-INNER CONDUCTOR COPPER 1 OZ ROUTINGDIELECTRIC FR-4 5.910MILL5-INNER CONDUCTOR COPPER 1 OZ PLANEDIELECTRIC FR-4 3.800MILBOTTOM CONDUCTOR COPPER 0.5 OZ ROUTINGSURFACE AIR说明：中间各层间的电介质为FR-4，其介电常数为 4.2；顶层和底层为裸层，直接与空气接触，空气的介电常数为1。

需要进行阻抗控制的信号为：DDR的数据线，单端阻抗为50欧姆，走线层为TOP和L2、L3层，走线宽度为5mil。

时钟信号CLK和USB数据线，差分阻抗控制在100欧姆，走线层为L2、L3层，走线宽度为6mil，走线间距为6mil。

对于计算精度的说明:1、对于单端阻抗控制，计算值等于客户要求值；2、对于其他特性阻抗控制：对于其它所有的阻抗设计(包括差别和特性阻抗)*计算值与名义值差别应小于的阻抗范围的10%：例如：客户要求：60+/-10%ohm阻抗范围=上限66-下限54=12ohms阻抗范围的10%=12X10%=1.2ohms计算值必须在红框范围内。

其余情况类推。

下面利用SI9000计算是否达到阻抗控制的要求：首先计算DDR数据线的单端阻抗控制：TOP层：铜厚为0.5OZ，走线宽度为5MIL，距参考平面的距离为 3.8MIL，介电常数为 4.2。

选择模型，代入参数，选择lossless calculation,如图所示：计算得到单端阻抗为Zo=55.08ohm，与要求相差5欧姆。

根据板厂的反馈，他们将走线宽度改为6MIL 以达到阻抗控制，经过验证，在宽度W2=6MIL,W1=7MIL的情况下，计算得到的单端阻抗为Zo=50.56欧姆，符合设计要求。

L2层：在L2层的走线模型如下图所示：代入参数进行计算得到如下图所示：计算得到单端阻抗为Zo=50.59欧姆，符合设计要求。

同理可以得到L3层的单端阻抗，在此不再赘述。

下面计算差分阻抗控制：由PCB设计可知，底板PCB中时钟走线在L3层，USB数据线在L2层，走线宽度均为6MIL,间距为6MIL。

时钟信号选择的模型如下所示：按照提供给板厂的数据计算得到的结果如下图所示：根据板厂的反馈，差分阻抗只能做到85欧姆，与计算结果接近（他们可以微调板层厚度，但不能调线）。

但是改变线间距为12MIL时，计算得到的差分阻抗为92.97欧姆，再将线宽调为5MIL时，差分阻抗为98.99欧姆，基本符合设计要求。

经验小结1、当差分走线在中间信号层走线时，差分阻抗的控制比较困难，因为精度不够，就是说改变介质层厚度对差分阻抗的影响不大，只有改变走线的间距才对差分阻抗影响较大。

但是当走线在顶层或底层时，差分阻抗就比较好控制，很容易达到设计要求，通过实际计算发现，重要的信号线最好走表层，容易进行阻抗控制，尤其是时钟信号差分对。

2、在PCB设计之前，首先必须通过阻抗计算，把PCB的叠层参数确定，如各层的铜厚，介质层的厚度等等，还有差分走线的宽度和间距都需要事先计算得出，这些就是PCB的前端仿真，保证重要的信号线的阻抗控制满足设计要求。

3、关于介电常数Er的问题：以我们使用最多的FR-4介质的材料板为例：实际多层板是芯板和压合树脂层堆叠而成，其芯板本身也是由半固化片组合而成。

常用的三种半固化片技术指标如下表 1 所示。

半固化片组合的介电常数不是简单的算术平均，甚至在构成微带线和带状线时的Er值也有所不同。

另一方面，FR-4的Er也随信号频率的变化有一定改变，不过在1GHz 以下一般认为FR-4 材料的Er 值约4.2。

通常计算时采用 4.2。

4、在实际的阻抗控制中，一般采用介质为FR-4，其Er约4.2，线条厚度t对阻抗影响较小，实际主要可以调整的是H和W，W(设计线宽)一般情况下是由设计人员决定的，但在设计时应充分考虑线宽对阻抗的配合性和实际加工精度。

当然，采用较小的W 值后线条厚度t 的影响就不容忽视了。

H(介质层厚度)对阻抗控制的影响最大，实际H 有两类情况：一种是芯板，材料供应商所提供的板材中H 的厚度也是由以上三种半固化片组合而成，但其在组合的过程中必然会考虑三种材料的特性，而绝非无条件的任意组合，因此板材的厚度就有了一定的规定，形成了一个相应的清单，同时H 也有了一定的限制。

如0.17mm 1/1的芯板为 2116 ×1，0.4mm 1/1的芯板为1080×2+7628×1等。

另一种是多层板中压合部分的厚度：其方法基本上与前相同但需注意铜层的损失。

如内电层间用半固化片进行填充，因在制作内层的过程中铜箔被蚀刻掉的部分很少，则半固化片中树脂对该区的填充亦很少，则半固化片的厚度损失可忽略。

反之，如信号层之间用半固化片进行填充，由于铜箔被蚀刻掉的部分较多，则半固化片的厚度损失会很大且难以估计。

因此，有人建议在内层的信号层要求铺铜以减少厚度损失。

（上述资料来源于：P C B 高速数字设计中的阻抗控制（西南电子电信技术研究所陈飞））5、特征阻抗与传输线的宽度是成反比的,宽度越宽，阻抗越低,反之则阻抗更高。

6、在有些板的设计要求中对板层厚度有限制时，此时要达到比较好的阻抗控制，采用好的叠层设计非常关键。

从实际的计算中可以得出以下结论：a. 每个信号层都要有参考平面相邻, 能保证其阻抗和信号质量;b. 每个电源层都要有完整的地平面相邻, 使得电源的性能得以较好的保证;7、关于差分走线的线宽和间距对阻抗控制的讨论：通过软件计算发现，改变差分对的间距对阻抗控制的影响较大，但是这里涉及到另一个问题，就是差分对的耦合问题。

差分对耦合的主要目的是增强对外界的抗干扰能力和抑止EMI。

耦合分为紧耦合方式( 即差分对线间距小于或等于线宽) 和松耦合方式。

如果能保证周围所有的走线离差分对较远（比如远远大于 3 倍的线宽），那么差分走线可以不用保证紧密的耦合，最关键的是保证走线长度相等即可。

（可以参见Johnson 的信号完整性网站上的关于差分走线的阐述，他就要求他的layout 工程师将差分线离得较远，这样可以方面绕线）。