阻抗計算與阻抗匹配

PCB阻抗匹配是在多層PCB的設計中，我們經常會遇到射頻、天線等各種高頻信號做阻抗控制，以保證PCB的穩定性和各項指標測試的通過率。

阻抗匹配

為了區分直流電（DC）的電阻，交流電遇到的電阻稱為阻抗（Z0），包括電阻（R）、感抗（XC）和容抗（XL）。

PCB特性阻抗也稱為“特性阻抗”。 是指PCB高頻信號或電磁波在傳輸信號線（即我們製造的PCB銅線）中相對於某一參考層（即屏蔽層、投影層或參考層）在一定頻率下的電阻 ，稱為傳播過程中的特性阻抗。 它實際上是電阻、電感、電容等向量的總和。

PCB中的導體中會有各種訊號的傳遞，為提高其傳輸速率而必須提高其頻率，線路本身若因蝕刻，疊層厚度，導線寬度等不同因素，將會造成阻抗值得變化，使其訊號失真。 故在高速PCB上的導體，其阻抗值應控制在某一範圍之內，稱為阻抗匹配。

阻抗匹配

控制PCB特性阻抗的意義

PCB在電子產品中不僅起到電流傳導的作用，還起到信號傳輸的作用。

電子產品的高頻高速PCB要求PCB提供的電路性能必須保證信號在傳輸過程中不發生反射，保持信號完整不失真。

PCB特性阻抗是解決信號完整性問題的核心

操作電子設備（如電腦、通訊開關等）時，驅動器發出的信號必須通過PCB信號線到達接收器。為了保證信號完整性，PCB信號線的特徵阻抗（Z0）必須與頭尾元件的電子阻抗相匹配。

當傳輸線的上升時間超過 1 / 3 時，信號會發生反射，因此必須考慮 PCB 特性阻抗。

影響特性阻抗的因素

PCB 的介電常數與 PCB 特性阻抗 (ER) 成反比

PCB電路層與地平面（或外層）之間的電介質厚度與特性阻抗值（H）成正比

PCB阻抗線底寬（下W1）。線面（上W2）寬度，與特性阻抗成反比

PCB銅厚與PCB特性阻抗(T)成反比

PCB相鄰線路之間的距離與特性阻抗值（差分阻抗）（s）成正比

PCB基板阻焊層的厚度與阻抗值（c）成反比

影響PCB阻抗匹配的工藝因素

由於蝕刻，當銅的厚度超過2oz時，PCB的阻抗無法控制。

設計中沒有銅線層坯，生產時需要填充固化片。在計算阻抗時，不能直接替換板材供應商提供的介質厚度，而是需要減去固化片填充的空白區域的厚度。這是我們自己計算的阻抗與廠家的結果不一致的主要原因之一。

那麼我們在設計中如何控制PCB阻抗匹配呢？

1、用經驗值記錄之前做過的阻抗線，比如PCB的線寬和板厚，下次使用時直接套用。

2、首先按照常規設計，在PCB中高亮需要做阻抗的電路，然後截圖給PCB廠。如果PCB廠要控制的話，PCB廠會根據我們需要的PCB阻抗來修改數據，比如調整PCB線寬和線距，達到需要的阻抗。

3、設計之初根據PCB的層壓參數和PCB廠家提供的相關數據（PCB板、介電常數、綠油、PP厚度等），我們用si9000軟件計算阻抗，然後用計算出來的參數跟踪阻抗線，最終得到PCB數據，同時PCB廠需要PCB廠來控制PCB的阻抗。這樣做的好處是，一般PCB廠不會動我們的數據，也是一個很小的調整。

從上面可以看出，

第 1 點和第 2 點不安全。在第1點，如果改變PCB的堆疊參數，那麼PCB的阻抗匹配也會改變。不知道連續申請當天有沒有錯誤，

第2點需要PCB廠控制的截圖即可。但是PCB廠的工程師經常打電話說你的PCB阻抗匹配做不到。原因是你設計的PCB線寬線距相差太大，PCB上沒有足夠的空間加寬線寬線距。

顯然，第三種方案是最安全的，PCB廠將無法控制PCB的阻抗匹配。

PCB阻抗計算

阻抗匹配的計算比較繁瑣，但是我們可以總結一些經驗值來幫助提高計算效率。對於常用的FR4、50ohm微帶線，線寬一般等於介質厚度的兩倍。對於 50ohm 帶狀線，線寬等於兩個平面之間介質總厚度的一半。這可以幫助我們快速鎖定線寬範圍。請注意，計算出的線寬小於此值。

除了提高計算效率，我們還需要提高計算精度。您是否經常遇到自己計算的PCB阻抗與PCB廠不一致的情況？有人會說，這與它無關。讓PCB廠直接調整。但是會不會有PCB廠無法調整，讓你放鬆PCB阻抗控制？把產品做好還是一切都在自己掌控之中比較好。

當電壓、電流在傳輸線中傳播時，特性阻抗不一致會造成所謂的訊號反射現象等。 在信號完整性領域裏，反射、串擾、電源平面切割等問題都可以歸為阻抗不連續問題，囙此匹配的重要性在此展現出來。

線上寬規則設定中提到過阻抗線的概念，那麼什麼是阻抗線呢？ 我們如何知道設計當中的訊號走線線寬與間距呢？ 這就涉及阻抗的計算。

1、阻抗匹配計算的必要條件

阻抗計算的必要條件有板厚、層數訊號層數、電源層數、板材、表面工藝、阻抗值、阻抗公差、銅厚。

2、影響阻抗的因素

影響阻抗的因素有介質厚度、介電常數、銅厚、線寬、線距、阻焊厚度，

3、常見的阻抗匹配模型

一般利用Polar SI9000阻抗匹配計算工具進行阻抗計算。 在計算之前需要認識常見的阻抗匹配模型。 常見的阻抗匹配模型有特性阻抗模型、差分阻抗模型、共面性阻抗模型。 阻抗模型又細分為如下幾類。

*外層特性阻抗模型

*內層特性阻抗模型

*外層差分阻抗模型

*內層差分阻抗模型

*共面性阻抗模型

*外層共面特性阻抗模型

*內層共面特性阻抗模型

*外層共面差分阻抗模型

*內層共面差分阻抗模型

我們總結PCB的阻抗知識如下：

1、阻抗的作用是為了保證訊號傳輸的完整性，確保訊號從A點可以完整傳到B點，不會變形失真。

2、阻抗匹配主要是針對高速訊號作的要求。

3、不同訊號阻抗匹配值不一樣，由PCB設計工程師結合方案要求確認。

4、阻抗匹配值受PCB非常多的因素影響。

5、阻抗匹配值是通過專業的阻抗匹配計算軟件，結合阻抗類型、線寬、線距、板材、疊層、板厚、介質等因素進行綜合計算。

6、PCB廠商通過設備如阻抗測試儀測試最終阻抗值與計算的阻抗匹配理論值是否一致。

我們免費提供阻抗計算與阻抗疊層建議，如有需要阻抗相關的咨詢，歡迎您與我們聯絡。