印制电路板特性阻抗的控制
PCB设计的阻抗控制和阻抗匹配
重要性，电路板出故障或问题的概率， 为一个电容（ 图 １ － １） 。
阻抗控制的精度就越低。
电路中信号的完整性，电路的 Ｅ Ｍ Ｉ 和
（４ ）容易造成焊锡短路，可能会增
ＥＭＣ 特性。但是随着产品的可靠性发展
加产品的成本。
和越来越受到重视，在设计时不再是
ＰＣＢ 的各层分布一般是对称的。不
简单的导线连接，必须考虑电路中信
Key words: Reliability; Characteristic Impedance; Impedance Controlling; Impedance match
CLC number: TN306
Document code:A
Article ID:1003-0107(2005)04-0029-03
４３００６８）
Huang Shuwei, Zhao Danling1
(Hubei University of Technology,
Wuhan 430068,China)
摘 要： 阻抗设计是 ＰＣＢ 可靠性设计的一个重要环节。本文从多层 ＰＣＢ 板叠层的设计原理、特性阻抗的
计算方法、严格的阻抗控制，来保证阻抗匹配，实现 Ｐ Ｃ Ｂ 的可靠性，使产品稳定的工作。
号完全相等。这就是说， 应将信号对称 别是在高频电路中，特性阻抗主要取 特性阻抗是否一致，是否匹配。因此，
地布线在内部地线层的两侧。这样做 决于连线的单位分布电容和单位分布 在 Ｐ Ｃ Ｂ 设计的可靠性设计中有两个概
的优点是容易控制阻抗和环流；缺点 电感带来的分布阻抗。理想传输线的 念是我们必须注意的。
印制电路板上导线的特性阻抗是
传输线的特性阻抗只与信号连线 电路板设计的一个重要指标，特别是
pcb阻抗板‘特性阻抗;基础知识
4.2.2.2 T1/B1 分别相连的测试线长一般为 100mm，线宽与板内生产板内阻抗线宽度一致，且线面盖阻焊 油墨；
d 4.2.2.3 T1-T2/T2-B2/B2-B1/B1-T1 的两个相邻孔中心距一般为 2.54mm; e 4.2.2.4 其中，T1 仅与 TOP 层阻抗测试线相连，T2 仅与 TOP 面第 2 层内层相连；B1 仅与 BOT 层阻抗测 r 试线相连，B2 仅与 BOT 层第 2 层相连。 te 阻抗条的设计图例：
深圳顺易捷科技有限公司
Shenzhen ShunYiJie Technology Co., Ltd.
5.3 CPU 载板的 TDR 测试
d Hioki 公司 2001 年六月才在 JPCA 推出的“1109 Hi Tester”，为了对 1.7GHz 高速传输 FC/PGA 载板在 Z0 方
面的正确量测起见，已不再使用飞针式（Flying probe）快速移动的触测，也放弃了 SMA 探棒式的 TDR 手动
3.3 但当上述微带线中 Z0 的四种变数（w、t、h、 r）有任一项发生异常，例如图中的讯号线出现缺口
e 时，将使得原来的 Z0 突然上升（见上述公式中之 Z0 与 W 成反比的事实），而无法继续维持应有的稳 UnRegister 定均匀（Continuous）时，则其讯号的能量必然会发生部分前进，而部分却反弹反射的缺失
4． 2 示意图说明：
4．2．1 阻抗线的位置
一般加在生产板 PNL 边上或在客户允许的前提下加在 SET 边上
4．2．2 阻抗线的规格说明
4．2．2．1 T1、T2/B1、B2 为四个 PTH 孔，一般为喷锡成形孔，成品孔径为 1.00mm 左右，RING（成品 焊环）要求为 0.16-0.20mm;
阻抗控制
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。
浅谈印刷电路板特性阻抗控制
即 Ｚ。 ｖ ：
出 版 阻 抗 计 算 软 件 ： ＩＳ ５ ｉ０ ０ 系 列 软 件 其 Ｃ Ｔ ２ ＆Ｓ６ ０ 介 质 厚 度 与 线 宽 匹 配 ， 件 上 具 有 丰 富 的 模 组 以 软
中 Ｓ ６ ０ 更 能 使 设 计 者 在 短 时 间 内 捕 捉 到 最 佳 的 ｉ０ ０
下列 举 出五 种基 本 类 型 的结 构 与计 算公 式 ， 一 般
所 以 ， Ｃ 上 的 导 线 在 高 频 特 性 下 ， 视 为 均 ＰＢ 被
匀 传 输 线 时 ．其 特 性 阻 抗 与 导 线 的 电 感 成 正 比 ：
线 中 传 输 时 ．若 该 导 线 的 长 度 达 到 所 传 输 信 号 波
Ｖｉ
长 的 ｌ ７ 此 时 的 导 线 便 成 为 信 号 传 输 线 （ 为 信 ／， 作
号 传 输 线 Ｊ 。
Ｒａ ｕ Ｄ ＡＭ 的 信 号 频 率 为 ４ ０ ｍｂ ｓ Ｒ ０ ＭＨｚ 由 公 ， 式 Ｃ＝ ， ：门 ＝ ７ ｆ ｌ １ ｒ ． 是 说 在 Ｒａ ｐｌ知 （ Ｃ／ ／ ： Ｏ７ ｅ 就 ａ ｍ． ｂ ｓ Ｅ．大 于 等 于 ｌ ．１ １ 长 度 的 导 线 应 作 为 信 ｕ 板 ０７ ｛１ ＇ ７ 号 传 输 线 ． 需 要 对 其 进 行 特 性 阻 抗 控 制 ． 小 于
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（ Ｅｍｂ ｄ ｅ （ｏ ｔｄ） Ｍｉｒｓｒｐ ｅ ｄ ｄ ｃ ａｅ ｃｏ ｔｉ ）
Ｚ 、ｒ１１ 器 （ ） ｏ ／ ‰ｆ８ ｆ 。 ＋４ ０ ｝ ｈ Ｅ ． ．＋ ｍ
印刷无源电子元件阻抗特性研究
印刷无源电子元件阻抗特性研究科学技术的发展对电子设备的小型化和集成化要求越来越高,印刷电子技术的产生为解决该问题提供了新的思路,通过印刷的方式将无源电子元件印制成平面结构,代替传统电路板中电阻、电容和电感等分立元件,在降低制作成本基础上,减小设备尺寸。
本文采用丝网印刷的制作工艺,在柔性PET基底上印刷两种无源电子元件叉指电容和平面螺旋电感,研究其在100～600MHz频率范围内的阻抗特性,围绕两种无源电子元件的设计方法、印刷制作工艺和阻抗特性分析分别展开研究。
为实现低成本阻抗测量,用AD8302芯片和双定向耦合器设计并制作了一款简易的阻抗测量仪。
从数值仿真和理论分析两个角度对无源电子元件设计方法进行了验证。
数值仿真采用Ansoft公司的HFSS软件仿真,建立了陶瓷基底叉指电容和FR4基底平面螺旋电感结构,仿真获得其在100～600MHz频率范围内的阻抗值。
理论分析采用等效电路模型分析方法,建立上述仿真结构的高频等效电路模型,并进行电路参数计算,由电路参数确定其阻抗特性。
制作出与所建模型相同结构的平面电容和电感实物,用E4991A阻抗分析仪测试了其阻抗特性。
结果表明:仿真结果、电路模型分析结果同实际测试结果基本保持一致,从而验证了设计方法的有效性。
通过分析丝网印刷工艺参数(丝网目数、基底材料、油墨浓度和印刷次数)对印刷薄膜电阻值的影响以及不同种类的油墨对印刷叉指电容阻抗特性的影响,选择出合适的工艺参数和印刷油墨。
在PET基底上印制出不同结构参数的叉指电容和平面螺旋电感,分析了 100～600MHz频带范围内结构参数(叉指电容指的长度、指的宽度、缝隙宽度、指的个数、导体厚度和螺旋电感线圈宽度、缝隙宽度、导体厚度和线圈匝数)对其阻抗特性的影响,并将银油墨印刷叉指电容和平面螺旋电感的阻抗特性与金属导体银仿真得到的阻抗特性进行了比较,两条阻抗特性曲线基本重合,表明印制的电子元件在该频段内具有较好的阻抗特性。
浅谈PCB的阻抗
浅谈PCB的阻抗随着信号传送速度快速的提高，对印刷电路板也提出了更高的要求。
印刷电路板提供的电路性能必须能够使信号在传输过程中不发生反射现象，信号保持完整，降低传输损耗，起到匹配阻抗的作用，这样才能得到完整、可靠、精确、无干扰、噪音的传输信号。
标签：影响阻抗的因素阻抗的计算世界电子工业领域发生的技术革命和产业结构变化，为印刷电路的发展带来了新机遇和挑战。
印刷电路随着电子设备的小型化、数字化、高频化等发展，PCB 中的金属导线起了信号传输线的作用。
对高频信号和高速数字信号的传输用PCB 的电气测试。
不仅要测量电路的通、断和短路等是否符合要求，还应测量特性阻抗值是否在规定的合格范围内。
1 阻抗类別阻抗分特性阻抗和差动阻抗两大类。
2 阻抗影响之因素2.1 线宽：当线宽增加时，特性阻抗减小。
2.2 线厚：当线厚增加时，特性阻抗减小。
2.3 介质厚度：当介质厚度增加时，特性阻抗增加。
其中介质常数由原材料决定；线路厚度由原材料或制程能力决定；线宽有制程能力决定；防焊厚度由原材料及厚度决定。
Z与时间的关系如图1所示。
在控制阻抗时要注意：介质层厚度的公差一般还要考虑是用什么样的半固化胶片，大多数情况是正负0.4左右。
压合介质层的大小跟特性阻抗影响不是很大，只要不出现压合是两面的介质层相差太离谱就不会影响很大。
主要是跟阻抗线的线宽有关系，线宽越宽阻抗就会越小。
3 阻抗计算公式特性阻抗的計算公式为：Z0=87/SQRT(εr+1.14)*1n[(5.98h)/(0.8w+t)]；其中Z0：印刷导线的特性阻抗；εr：绝缘材料的介电常数；h/A：印刷导线与基准面之间的介质厚度；w：印刷导线的宽度；t ：印刷导线的厚度。
4 各影响因素对阻抗影响的比例各影响因素对阻抗影响的比例如图2所示。
多层板用基板材料的绝缘厚度的精度的高低，对Z0精度控制是最重要的影响因素。
其次是导体的宽度。
5 TDR比较表6 结束语当选定基板材料类型和完成线路的PCB设计后，则预计的特性阻抗值已确定，但是真正要做到预计的特性阻抗或实际控制控制在预计的特性阻抗值的范围内，要通过PCB生产加工过程的管理与控制才能达到。
高精度特性阻抗板的工艺控制研究
Ｐｒ ｃ ｓ ｉ ｇ ｔ ｃ ｏ ｏ ｙ ｒ ｓ ａ ｃ ｈｅ ｏ ｅ ｓｎ ｅ ｈｎ ｌ ｇ ｅ ｅ ｒ ｈ ｏｆｔ ｐｒ ｃ ｓ ｈａ ａ ｔ ｒ ｓｉ ｍ ｐｅ ｎｃ ｆＰＣＢ ｅ ｉｅ ｃ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃｉ ｄａ ｅｏ
ＹＵＡＮ Ｈ ｕ ｎ ｘｉ ａ． ｎ Ａｂ ｒ ｔ ｓｔａｃ Ｄｅ ａ ｄ ｆｒｈ ｇ ｅ ｒ ｑ ｅ ｃ ｒｈ ｇ ｅ ｐｅ ｄ ｄｉｉａ ｉ ｎ ｌｐ ｏ ｅ ｓｎｇ ｉ ｏ ａ ｌ ｏ ａ ｎ ｔ ｅ ｍ ｎ ｏ ｉ ｈ ｒｆｅ ｕ ｎ ｙ ｏ ｉ ｈ ｒｓ ｅ ｇ ｔｌｓｇ ａ ｒ ｃ ｓ ｉ ｓｎ ｔ ｂｅ ｔ ｄ ｙ ｉ ｈ
制要点；论述 了减少阻抗测试误 差的相关测试技术与对策；希望能对ＰＢ Ｃ 制造 业同行有
坼帮 助
关 键 词 特 性 阻抗 ；阻 抗 控 制 ；工 程 设 计 ；制 程 控 制 ；测 试 技 术 ；高 速
中 图 分 类 号 ：Ｔ ４ Ｎ１ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ： １ ０ — ０ ６ （ ０ ０）１ － ０ ４ ０ ０９０９ ２１ １ ０ ３－ ６
Ｋｅ ｏ ｄ ｙｗ ｒｓ
Ｃｈ ｒ ｃ ｅ ｉｔ ｐ ｄ ｎ ｅ ｍｐ ｄ ｎ ｅ ｃ ｎ ｒ ｌ Ｅｎ ｉ ｅ ｒ ｇ ｄ ｓ ｇ ；Ｐ ｏ ｅ ｓ ｃ ｎ ｒ ｌ ａ ａ ｔ ｒ ｉ ｉ ｅ ａ ｃ ；Ｉ ｅ ａ ｃ ｏ ｔｏ ； ｇ ｎ ｅ ｉ ｅ ｉ ｎ ｒ ｃ ｓ ｏ ｔ ； ｓｃ ｍ ｎ ｏ
越 高 ，驱动 端 、信 号线 与 接 收端 的 阻 抗 匹配 需 求 和
高 频 （ ＇ ）类 、 高速 （ 辑 ）类 发 展 的 需 求 量 ４‘ １ 频 逻 猛 增 ，对 整 个系 统 的信 号传 输 完整 、可 靠 、精 确 、
印制电路板阻抗匹配
印制电路板阻抗匹配印制电路板阻抗匹配在线路板中，若有信号传送时，期望由电源的宣告端起，在能量扔掉最小的景象下，能顺畅的传送到承受端，并且承受端将其彻底吸收而不作任何反射。
要抵达这种传输，线路中的阻抗有必要和宣告端内部的阻抗持平才行称为阻抗匹配。
在方案高速PCB电路时，阻抗匹配是方案的要素之一。
而阻抗值与走线办法有必定的联络。
例如，是走在外表层(Microstrip)仍是内层(Stripline/DoubleStripline)、与参看的电源层或地层的间隔、走线宽度、PCB材料等均会影响走线的特性阻抗值。
也即是说，要在布线后才华断定阻抗值，一同纷歧样PCB出产厂家出产出来的特性阻抗也有纤细的纷歧样。
通常仿真软件会因线路模型或所运用的数学算法的束缚而无法思考到一些阻抗不接连的布线状况，这时分在原理图上只能预留一些端接(Temninators)，如串联电阻等，来峻峭走线阻抗不接连的效应。
真实底子处理疑问的办法仍是布线时尽量留神防止阻抗不接连的发作。
界说：特性阻抗的界说：在某一频率下，电子器材传输信号线中，相对某一参看层，其高频信号或电磁波在传达进程中所受的阻力称之为特性阻抗，它是电阻抗，电感抗，电容抗的一个矢量总和。
特性阻抗的分类：如今多见的特性阻抗分为：单端(线)阻抗、差分(动)阻抗、共面阻抗等。
单端(线)阻抗：英文singleendedimpedance,指单根信号线测得的阻抗。
差分(动)阻抗：英文differentialimpedance,指差分驱动时在两条等宽等间隔的传输线中查验到的阻抗。
共面阻抗：英文coplanarimpedance,指信号线在其周围GND/VCC(信号线到其两头GND/VCC间隔持平)之间传输时所查验到的阻抗。
阻抗操控需要的抉择条件：当信号在PCB导线中传输时，若导线的长度挨近信号波长的1/7，此刻的导线便变成信号传输线，通常信号传输线均需做阻抗操控。
PCB制造时，依客户央求抉择是不是需管控阻抗，若客户央求某一线宽需做阻抗操控，出产时则需管控该线宽的阻抗。
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印制电路板特性阻抗的控制
来源：PCB资源网作者：PCB资源网发布时间：2008-06-18 发表评论
一种好的叠层结构就能够作到对印制电路板特性阻抗的控制，其走线可形成易控制和可预测的传输线结构。
一、印制电路板特征阻抗
根据传输线理论和信号的传输理论，信号不仅仅是时间变量的函数，同时还是距离变量的函数，所以信号在连线上的每一点都有可能变化。
因此定义连线的交流阻抗，即变化的电压和变化的电流之比为传输线的特性阻抗（Characteristic Impedance）：
传输线的特性阻抗只与信号连线本身的特性相关。
在实际电路中，导线本身电阻值小于系统的分布阻抗，特别是在高频电路中，特性阻抗主要取决于连线的单位分布电容和单位分布电感带来的分布阻抗。
理想传输线的特性阻抗只取决于连线的单位分布电容和单位分布电感。
二、印制电路板特性阻抗的计算
信号的上升沿时间和信号传输到接收端所需时间的比例关系，决定了信号连线是否被看作是传输线。
具体的比例关系由下面的公式可以说明：
如果PCB板上导线连线长度大于l/b就可以将信号之间的连接导线看作是传输线。
由信号等效阻抗计算公式可知，传输线的阻抗可以用下面的公式表示：
在高频（几十兆赫到几百兆赫）情况下满足wL>>R（当然在信号频率大于10 9Hz的范围内，则考虑到信号的集肤效应，需要仔细地研究这种关系）。
那么式（2-3）可以简化为式（2-1）所示.
那么对于确定的传输线而言，其特性阻抗为一个常数。
信号的反射现象就是因为信号的驱动端和传输线的特性阻抗以及接收端的阻抗不一致所造成的。
对于CMOS电路而言，信号的驱动端的输出阻抗比较小，为几十欧。
而接收端的输入阻抗就比较大。
三、印制电路板特性阻抗控制
印制电路板上导线的特性阻抗是电路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。
因此，在PCB设计的可靠性设计中有两个概念是必须注意的。
1 印制电路板阻抗控制
线路板中的导体中会有各种信号传递，当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、导线宽度等因素不同，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”。
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。
所以在设计PCB时一定要对板上走线的阻抗进行控制，才能尽可能避免信号的反射以及其他电磁干扰和信号完整性问题，保证PCB板的实际使用的稳定性。
PCB板上微带线和带状线阻抗的计算方法可参照相应的经验公式。
（1）微带线。
PCB板上微带线阻抗的计算方法可参照下式：
H为两参考平面的距离，并且走线位于两参考平面的中间。
此公式必须W/H<0.35及T/H<0.25的情况才能应用。
式（2-4）和式（2-5）两个公式只是经验公式，如果要得到比较准确的结果，最好还是用仿真软件来计算。
其他导线的阻抗可以根据PCB设计特性阻抗来计算。
2 印制电路板阻抗匹配
在线路板中，若有信号传送时，希望由电源的发出端起，在能量损失最小的情形下，能顺利的传送到接受端，而且接受端将其完全吸收而不作任何反射。
要达到这种传输，线路中的阻抗必须和发出端内部的阻抗相等才行称为“阻抗匹配”。
在设计高速PCB电路时，阻抗匹配是设计的要素之一。
而阻抗值与走线方式有绝对的关系。
例如，是走在表面层（Microstrip）还是内层（Stripline/Double Stripline）、与参考的电源层或地层的距离、走线宽度、PCB材质等均会影响走线的特性阻抗值。
也就是说，要在布线后才能确定阻抗值，同时不同PCB生产厂家生产出来的特性阻抗也有微小的差别。
一般仿真软件会因线路模型或所使用的数学算法的限制而无法考虑到一些阻抗不连续的布线情况，这时候在原理图上只能预留一些端接（Temninators），如串联电阻等，来缓和走线阻抗不连续的效应。
真正根本解决问题的方法还是布线时尽量注意避免阻抗不连续的发生。