廈門詳解PCB阻抗設計！

深亞電子是一家集PCB設計，PCB制板，SMT貼片一站式服務商，今天深亞電子和大家一起了解一下PCB阻抗設計相關知識。

1、前言

　　隨著科技發展, 尤其在積體電路的材料之進步，使運算速度有顯著提升, 促使積體電路走向高密度﹑小體積, 單一零件, 這些都導致今日及未來的印刷電路板走向高頻響應, 高速率數位電路之運用, 也就是必須控制線路的阻抗﹑低失真﹑低干擾及低串音及消除電磁干擾EMI。阻抗設計在PCB設計中顯得越來越重要。作為PCB制造前端的制前部，負責阻抗的模擬計算，阻抗條的設計?？蛻魧ψ杩箍刂埔笤絹碓絿?，而阻抗管控數目也原來越多，如何快速，準確地進行阻抗設計，是制前人員非常關注的一個問題。

　　2、阻抗主要類型及影響因素

　　阻抗（Zo）定義：對流經其中已知頻率之交流電流所產生的總阻力稱為阻抗（Zo）。對印刷電路板而言，是指在高頻訊號之下，某一線路層(signal layer)對其最接近的相關層(reference plane)總合之阻抗。

　　2.1 阻抗類型：

　　(1)特性阻抗　在計算機﹑無線通信等電子信息產品中, PCB的線路中的傳輸的能量, 是一種由電壓與時間所構成的方形波信號（square wave signal, 稱為脈沖pulse），它所遭遇的阻力則稱為特性阻抗。

　　(2)差動阻抗　驅動端輸入極性相反的兩個同樣信號波形，分別由兩根差動線傳送,在接收端這兩個差動信號相減。差動阻抗就是兩線之間的阻抗Zdiff。

　　(3)奇模阻抗　兩線中一線對地的阻抗Zoo，兩線阻抗值是一致。

　　(4)偶模阻抗　驅動端輸入極性相同的兩個同樣信號波形, 將兩線連在一起時的阻抗Zcom。

　　(5)共模阻抗　兩線中一線對地的阻抗Zoe，兩線阻抗值是一致,通常比奇模阻抗大。

　　其中特性和差動為常見阻抗，共模與奇模等很少見。

　　2.2 影響阻抗的因素：

　　W-----線寬/線間　線寬增加阻抗變小，距離增大阻抗增大；
　　H----絕緣厚度　厚度增加阻抗增大；
　　T------銅厚　銅厚增加阻抗變??；
　　H1---綠油厚　厚度增加阻抗變??；
　　Er-----介電常數　參考層　DK值增大, 阻抗減??；
　　Undercut----W1-W　undercut增加, 阻抗變大。

3、阻抗計算自動化

　　如今，我們業界最常用的阻抗計算工具是Polar公司提供的Si8000 Field Solver，Si8000是全新的邊界元素法場效解計算器軟件，建立在我們熟悉的早期Polar阻抗設計系統易于使用的用戶界面之上。此軟件包含各種阻抗模塊，人員通過選擇特定模塊，輸入線寬，線距，介層厚度，銅厚，Er值等相關數據，可以算出阻抗結果。一個PCB阻抗管控數目少則4，5組，多則幾十組，每一組的管控線寬，介層厚度，銅厚等都不同，如果一個個去查數據，然后手動輸入相關參數計算，非常費時且容易出錯。

　　下面，將介紹如何通過業界領先的制前設計工程軟件解決方案供貨商奧寶科技的InPlan軟件，自動地進行阻抗設計，大幅提高制前工作效率。

　　奧寶科技的InPlan系統，可與Si8000連接，在以下數據庫建立的基礎上，自動計算阻抗：首先，在InPlan建立完整的物料庫，按不同廠商，型號歸類。建入依廠內實際制程參數得出的壓合厚度，基板銅厚，PP含膠量等數據。

　　然后，在InPlan里建立算阻抗的規則Rule，如綠油厚度，Undercut值也可根據不同的銅厚，阻抗模塊或內外層的不同設定規則。介電常數則主要根據材料種類，阻抗模塊的不同分別寫入公式。阻抗值，阻抗線寬公差也通過InPlan Rule寫入規則。算阻抗時，InPlan根據規則自動帶出相關的阻抗影響參數值，算出最優化的阻抗結果。且不管有多少組阻抗，只需點一個按鈕，幾秒鐘的時間就可以得出所有結果。

　4、自動生成阻抗條

　　如果客戶沒有自己設計阻抗條, 我們就需要自行設計阻抗條放于板邊或者折斷邊上(一般情況下阻抗條放于折斷邊需要客戶的同意)。電路板制造商在電路板邊設計滿足客戶阻抗控制所有特征及參數的阻抗條,通過測試阻抗條的阻抗值，反映出電路板達到客戶阻抗控制要求。要正確測試板內阻抗值，關鍵在于阻抗條的設計。

　　一般PCB廠阻抗條設計方式為:MI工程師根據算出的阻抗結果填寫阻抗附件表格，如阻抗值，參考層，管控線寬，測試孔，參考層屬性（正負片）等。

　　然后，CAM工程師根據MI提供的阻抗表格，手動制作阻抗條，或通過Script，輸入相關阻抗數據，用程式跑阻抗條。一般情況下, 一種阻抗值我們就設計一個阻抗條，制作一個阻抗條，一般都需10來分鐘，重復的手動數據填寫，非常費時，且容易出錯。

　　我們可通過奧寶的InCoupon 功能，將阻抗條的相關規則建入系統，可自動產生高品質阻抗條，直接導入Genesis系統。InCoupon 采用嵌入式發展架構，在半成品層級時即能偵測出層板間最理想的鉆孔位置，使現有板層的鉆孔作業可與 Coupon 線路層之間完全吻合，整合了完整的 CAM 與工程技術，產生出阻抗量測用的Coupon線路、發展架構與半成品表，并且可對Coupon 層級找出最理想的相互連接能力，以智慧型操作精靈取代復雜、手動計算，可在數秒間自動運算出可靠的量測線路Coupon，讓Coupon 的設計變成一項簡單且標準的工作。

　5、總結

　　PCB的競爭越來越激烈，樣品交期越來越短，阻抗設計在制前工作中占了很大的比例，如何縮短阻抗制作時間，做出滿足客戶要求的阻抗匹配，是制前部必需考慮的一個問題。InPlan和InCoupon的出現，給阻抗設計提供了很好的幫助。當然，各PCB板廠自己的阻抗計算規則，Layout方式與大小都會不一樣，InPlan系統需專人進行開發，維護，才能真正實現其功能。但相信，阻抗設計的自動化，將在PCB制前部越來越普及。

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