PCB设计中阻抗的计算方法.docx

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1、PCB 设计中阻抗的具体计算方法-差分阻抗为例日期：2023.01.20 | 分类：软件使用 | 标签：与其大致的了解很多事情，不如好好把你寻常遇到的问题具体的搞懂，阻抗计算就是其中一个例子。很多 PCB 设计人员现在已经不自己动手去计算阻抗了，不信你可以看看他的电脑上有没有 Polar Si 这个工具即可。假设读者你有心学，那么今日我就整理一篇 polar si 的学习资料，至于软件本身，你可以去搜寻下载，假设下不到，可以在本文后留言，我可以发邮件给大家，不过申明一下，此软件只做沟通学习用，假设觉得自己有力气，建议购置正版！下面我以计算手机射频 SAW 至 TC(transceiver)的承

2、受线阻抗为例，说明Polar Si 计算阻抗的过程。这段线现在在手机 PCB 设计中很多公司的默认做法是走 4mil 的线宽，相邻层净空，然后不做特别处理。缘由为何，很多设计师不会去细究。其实此系列阻抗线要求是差分阻抗 150 欧，那么计算出来线宽到底是多少？我以一个一般的 HDI 板厂的一个一般的叠层构造为例计算此差分阻抗。叠层构造见以以下图：其中 sig 为信号层，即为铜箔厚度，绿色标示的是 pp，我们可以看到来l3l4 之间的 pp 为 16mil，是很“厚”的，这也是为什么我们一般微带线的阻抗参考层要跨越此 pp，实际操作就是将微带线放在 L3 或者 L4 层。搞清楚图中各个数值的意义

3、，下面我们就翻开 Polar Si 阻抗计算软件， 选择差分阻抗计算模式，并且选择要挖掉一层的图示来计算，如以以下图所示：这时我们看到右边有很多需要填的数值，不必紧急，见以以下图，当你点某个方框时，在左侧的图示上面，此数值所对应的字母会用红色框高亮，例如以以下图中在右边点 H1 后的数值框，输入数值，那么左侧的 H1 就会高亮。下面我们就按上述方法，依次依据叠层构造填入各个数值，Er1 和 Er2 假设不知道可以填入 3.8-4.2 之间的数值，对计算结果影响不是很大，在最下面的 Zdiff差分阻抗处填入 150，表示我们要计算的是差分 150 欧的阻抗。S1 标示差分线的间距，我们先以 12

4、mil 计算，我们要计算的是走线宽度，在 W2 一行后面可以看到有 caculate，点一下，就会开头计算， 如以以下图：得到计算结果，如以以下图，这代表假设假设差分间距S1 为 12mil 那么线宽为 3.4mil 才能满足差分 150 欧的阻抗。3.4mil 的线宽板厂把握起来是比较难的，由于第一：制程达不到，其次， 假设有零点几的误差，那么阻抗偏差很大。所以我们就想，此线宽能不能变宽一点，那么我们尝试增加 S1 即差分间距来增加线宽。S1=20milS1=40mil我们可以看到假设要使线宽到达 4mil 那么差分间距 S1 要到达 20mil，此距离是比较大的，对布线空间要求比较严格。所

5、以综上所述，一般我们实行的做法实际上是有误差的，但是还是接近于计算结果的。假设要真的严格把握，是比教难到达的，何况差分还要严格平行等间距，这在设计中都比较难实现。以以下图是个实际的设计例子：读者可以自行尝试单根 50 欧的计算，本文不再赘述！移动互连设计致力于打造一个专业的 PCB 设计主题博客，共享设计心得， 沟通从业阅历，挖掘行业信息， 带动整个行业进展。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

6、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,一般的 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留意:含两位

7、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

8、.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.但需留意以下几点:1,一般不允许4 张或4 张以上 PP 叠放在一起,由于压合时简洁产生滑板现象.2,7628 的 PP 一般不允许放在外层, 由于 7628 外表比较粗糙,会影响板子的外观.3,另外 3 张 1080 也不允许放在外层,由于压合时也简洁产生滑板现象.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

9、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?其次依据文件选择正确的阻抗模型来计算阻抗,最终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,外层信号线要求把握 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 3.2M

10、IL,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(留意 S12W)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。Zdiff 为阻抗值。Calculate 为计算按钮，各因素是可以相互推算的,例如我们要把握 50 欧姆的阻抗,线宽为 5MIL,H1 需要多少呢？在Polar 软件中找到特性阻抗模型,把相应要求值写上去，再按H1 后面

11、的Calculate 为计算按钮，H1 的值就计算出来了.大家可以利用Calculate 为计算按钮去相互推算试一下。其中 3.2MIL 是由两张 106 的 PP 组合而来,48.42MIL 指的是 1.3MM 1/1OZ 的芯板的介质厚度,具体是这样得来 :1.3MM-0.035X2)X39.37=48.42MIL.一般层压厚度需比成品板厚小0.1MM 左右，例如成品板厚 1.6MM,而我们计算层压厚度一般不或许大于 1.5MM,此构造的层压厚度为 :0.08MM+1.3MM+0.08MM+0.035MM(铜厚)=1.495MM. 即刚好满足成品板厚1.6MM 的要求。2. 六层板板厚1.

12、2MM,信号层要求把握50 欧姆特性阻抗和100 欧姆差分阻抗.具体详见:6层板 1.2MM 阻抗设计 1.jpg 和 6 层板 1.2MM 阻抗设计 2.jpg,阻抗模型中H2=29.94MIL 是怎样 得 来 ？ 5.1+1.2+22.44+1.2=29.94MIL, 其 中22.44MIL即 由3张7628的PP组合,0.19MMX3=0.57MMX39.37=22.44MIL,所以其层压厚度为 :0.08MMX2+0.2MMX2+0.49MM+0.035MM=1.085MM.( 纠 正 一 个 错 误 : 层 压 结 构 中0.57MM 应改为 0.49MM),成品板厚才是 1.2MM

13、.0.49MM 是由 7628*2+2116 组合.六,现给大家供给Polar Si9000 V7.1 下载地址及安装方法:下载地址: 亮腾资讯网SI9000 V7.1 阻抗计算软件也称PCB 叠层阻抗工具SI9000 V7.1 A：点击setup.exe 安装完毕。B：翻开SI9000，指定Cracksi9000.lic 的路径后即可破解成功。Si9000m 是全的边界元素法场效解算器，建立在我们生疏的早期Polar 阻抗设计系统易于使用的用户界面之上。Si9000m 增加了增加型建模功能，以便推想多介质PCB 层的最终阻抗，同时考虑到邻近差动构造之间的介电常数差异。建模时常常无视了外表涂层

14、，Si9000m 模拟涂层与外表线路之间的阻焊厚度。这是一种更好的解决方案，可依据电路板承受的特别阻焊方法进展定制。的Si9000m 还提取偶模阻抗和共模阻抗。偶模阻抗是当两条传输线对都承受相同量值、一样极性的信号驱动时，传输线一边的特性阻抗。在 USB2.0 和 LVDS 等高速系统中，越来越需要把握这些特征阻抗。七,怎样正确选择阻抗模型:大家在计算阻抗时，首先要选择正确的阻抗模型是格外重要的！那么怎样选择正确的阻抗模型呢？首先我们必需了解每一个模型所代表的意思，什么状况下承受这种模型?1.外层特性阻抗模型:外层特性阻抗模型是外层线路中某根线需要把握一般为 50 欧姆的阻抗,例如:一个四层板

15、,板厚 1.6MM,TOP 层和 BOTTOM 层上 5MIL 的线需把握 50 欧姆的特性阻抗.特性阻抗.jpg (112.37 KB, 下载次数: 114) 外层特性阻抗内层特性阻抗.jpg (122.42 KB, 下载次数: 134) 内层特性阻抗外层差分阻抗.jpg (120.93 KB, 下载次数: 84) 外层差分阻抗内层差分阻抗.jpg (133.4 KB, 下载次数: 79) 内层差分阻抗外层特性共面阻抗.jpg (109.05 KB, 下载次数: 79) 外层特性共面阻抗内层特性共面阻抗.jpg (109.28 KB, 下载次数: 122) 内层特性共面阻抗外层差分共面阻抗.jpg (99.69 KB, 下载次数: 88) 外层差分共面阻抗内层差分共面阻抗.jpg (122.52 KB, 下载次数: 84) 内层差分共面阻抗4 层板 1.6MM 阻抗设计.jpg (187.35 KB, 下载次数: 92)4 层板 1.6MM 阻抗设计6 层板 1.2MM 阻抗设计 1.jpg (105.44 KB, 下载次数: 74)6 层板 1.2MM 阻抗构造图6 层板 1.2MM 阻抗设计 2.jpg (162.07 KB, 下载次数: 77)6 层板 1.2MM 阻抗示意图