阻抗控制培训
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Creat By Jeanne
ØPCB的传输线
PCB的传输线是由讯号线、介质层与参考层三者 共同组成，缺一不可。 （凡讯号在导线中传播时，若该线路的长度接近 讯号波长的1/7时，该导线即被视为传输线。波长 =光束（C)/频率(F) Er：也称为DK（介质常数），即相对容 电率。不同的材料，在不同的测量 条件下，其Er值也不同。对讯号的 传播速度有很大的影响。
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决定阻抗控制大小的因素
传输线的阻抗究竟控制在多少，取决于好几个方面： v 1、如果芯片内置有匹配的，要根据芯片要求来选取传输线 的阻抗。 v 2、如果互连上有连接器，则要根据连接器的阻抗来选取传 输线的阻抗。一般连接器、连接线缆的阻抗是50ohm或 75ohm。 v 3、根据PCB的板厚、叠层来选择合适的传输线阻抗，一般 可以在50ohm～75ohm间选取。 v 4、某些特殊场合，有特殊的阻抗要求，如RAMBUS要求 28ohm的传输线特征阻抗。
7. POLAR模组介绍
v 现有单线模阻
1.讯号线在外层 2.参考层在内层, 例L1-2OR L1-3 3.单条讯号线 4.仿真防焊前使用
阻抗值与介电层厚度成正比. (可以理解为绝缘厚度越厚，信号穿过其和接地层形成回路所遇到的阻力越大，所以阻抗值越大）
Home
3.特性阻抗的定义（Characteristic Impedance） 阻抗值与线宽成反比 .
（可以理解为其他条件都相同的情况下，表面积增大则相对单位面积所遇到的阻力减小，所以阻抗减小。）
Home
2.传输线之终端控管技术（Termination） 由上可知当“讯号”在传输线中飞驰旅行而到达终点， 欲进入接受组件（如 CPU 或 Memory 等大小不同的 IC ）中工作时，则该讯号线本身所具备的“特性阻抗”，必 须要与终端组件内部的电子阻抗相互匹配才行，如此才 不致任务失败白忙一场。用计算机术语说就是“正确执 行指令，减少噪声干扰，避免错误动作”。一旦彼此未 能匹配时，则必将会有少许能量回头朝向“发送端”反弹 ，进而形成反射噪声（Noise）的烦恼。
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5.材料成本的考量
1) 使用常见的胶片组合: 当使用两张以上胶片时, 尽量避免使用单价 较高的胶片去做组合, 如106, 2313, 1506等. 2) 胶片压合张数最多不可超过3张: 若3张7628或7630仍无法达到客户介电层要求 时, 须使用无铜箔基板搭配上下各一张胶片进行 压合, 因为多张胶片压合时可能会出现滑板问题.
Creat By Jeanne
Ø 如何做好阻抗控制
1.阻抗匹配 2.传输线之终端控管技术（Termination） 3.特性阻抗的定义（Characteristic Impedance） 4.阻抗计算的逻辑 5.材料成本的考量 6. 压合结构设计重点 7.POLAR模组介绍 8.判断模块原则. 判断模块原则 9.阻抗Coupon添加位置及方向. 10.阻抗线设计规定. 11.阻抗线路检查事项(Imp. Trace Review Items ) 12.常见的阻抗测试模组. 13.特性阻抗的测试.
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4.阻抗计算的逻辑 如左列结构, 计算阻抗时应先从外层 算起(Microstrip line), 外层阻 抗计算出来后可得到L1~L2及 L9~L10的介电层厚度, 然后再计算 内层阻抗, 因为内层结构为两个 Strip line结构所组成, 算出L3及 L4的阻抗结构后, 一般的结构为对 称性设计, 故可得到另一组L7及L8 的阻抗结构, 至于L5~L6的介电层 为介于两层GND之间, 所以这段厚 度不会影响阻抗, 可配合各介电层 厚度总和, 自由调整该处厚度.
Creat By Jeanne
Ø常见的四种传输线
电力线 磁力线 第一种为共轴的传输线。同轴电缆Coaxial Cable 第二种为微波传输线，即我们一般看到的阻抗线在外层的 特性阻抗。 第三种是带状传输线，即我们一般看到的阻抗线在内层的 特性阻抗。 第四种为共面线，即我们经常讲到的共模阻抗。
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3.特性阻抗的定义（Characteristic Impedance）
当某讯号方波，在传输线组合体的讯号线中，以高准位（High Level）的正压讯号向前推进时，则距其最近的参考层（如接地层） 中，理论上必有被该电场所感应出来的负压讯号伴随前行（等于正压 讯号反向的回归路径 Return Path），如此将可完成整体性的回路（ Loop）系统。该“讯号”正行进中，但我们将时间冻结住，即可想象其 所遭受到来自讯号线、介质层与参考层等所共同呈现的瞬间阻抗值（ Instantaneous Impedance），此即所谓的“特性阻抗”。 “特性阻抗”应与讯号线之线宽（w）、线厚（t）、介质厚度（h）与 介质常数（Dk）都扯上了关系。此种传输线之一的微带线其图标与 计算公式如下：
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1.阻抗匹配: 将讯号的传输看成软管送水浇花 数字系统之多层板讯号线（Signal Line）中，当出现方波 讯号的传输时，可将之假想成为软管（hose）送水浇花 。一端于手握处加压使其射出水柱，另一端接在水龙头 。当握管处所施压的力道恰好，而让水柱的射程正确洒 落在目标区.
Home
1.阻抗匹配: 将讯号的传输看成软管送水浇花 然而一旦用力过度水注射程太远，不但腾空越过目标浪费 水资源。也有可能因强力水压无处宣泄，以致往来源反弹 造成软管自龙头上的挣脱! (阻抗太高)
如何做好阻抗控制
资料整理: 王 日
敬
期 : 2006.2.8
参考文献: 特性阻抗之诠释与测试(白蓉生教授)
Ø 什么是阻抗 Ø PCB的传输线
引言
Ø 为什么要控制阻抗？ Ø
决定阻抗控制大小的因素
Ø 如何做好阻抗控制
Creat By Jeanne
Ø什么是阻抗
1：阻抗的定义： 导线中所传导的为交流电（A.C）时，所遭遇到的阻力. （Impedance ） 2：特性阻抗的定义（Characteristic Impedance Control） 在PCB线路中流动的是方波信号或脉冲信号（SQUARE WAVE SIGNAL PULSE） 在能量上的传输，这种信号在传输时所受的阻力称为特性阻 抗。 3：差动阻抗定义（Differential Impedance Control）: 指在同一层中的两根信号线间的信号阻力干扰。 4：共面阻抗定义(Coplanar Waveguide Impedance Control): 也是差动阻抗的一种.但信号的传输与其相邻的铜面距离有相 应的影响.
由讯号线、介质层、及接地层三者所共同组成）中所进行 的快速传送。
訊號線
介質層
接地層
Home
1.阻抗匹配: 将讯号Hale Waihona Puke Baidu传输看成软管送水浇花
此时可将传输线（常见者有同轴电缆Coaxial Cable，与微带线 Microstrip Line 或带线 Strip Line 等）看成软管，而握管处所施 加的压力，就好比板面上“接受端”（Receiver）组件所并联到 Gnd 的 电阻器一般，），使匹配接受端组件内部的需求。可用以调节其终点 的特性阻抗（Characteristic Impedance)
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1.阻抗匹配: 将讯号的传输看成软管送水浇花 反之，当握处之挤压不足以致射程太近者，则照样得不到 想要的结果。(阻抗太低) 唯有拿捏恰到好处才能符合实际需求的距离。(阻抗匹配)
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1.阻抗匹配: 将讯号的传输看成软管送水浇花 上述简单的生活细节，正可用以说明方波（Square Wave） 讯号（Signal）在多层板传输线（Transmission Line，系
6. 压合结构设计重点
(4)P.P之搭配尽量使用常用之胶片组合， 综合上述各点找出最佳组合 FR-4(HTg) 2200X2 ->5.1X2 = 10.2 1080+7628 ->2.96+7.94 = 10.7 --------佳 (5)若为4/4线路以下，尽量以较薄胶片、缩线搭配 4/4线路 1080-> 3.75 mil 可达阻抗中值 --------佳 1100-> 4.25 mil 可达阻抗中值
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3.特性阻抗的定义（Characteristic Impedance）
阻抗设计简单的说就是找一组参数(介电层厚度H , 线宽W , 介电常 数εr , 铜厚T) 的组合, 使参数代入公式中可以命中规格中值. 目 前GFI使用POLAR仿真软件计算阻抗, 相关作业程序, 请参考阻抗仿 真作业制作. 下图为各参数与阻抗的关系.
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3.特性阻抗的定义（Characteristic Impedance） 阻抗值与介电常数成反比.
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3.特性阻抗的定义（Characteristic Impedance） 阻抗值与铜厚成反比
Zo=(87/√(er'+1.41))*LN[5.98*H/(0.8*W+T)] Where er'=er*[1-exp(-1.55*H1/H)]
如上图所示：
Ø 讯号传播与传输线。
1：正弦波讯号在介质中的传播速度与光速成正比，与其介质常数（DK） 成反比。 2：减少串讯的方法：短线、薄板、少平行线。 a：传输线越短，延误愈少。 b：密集布线时介质层愈薄则杂讯愈少。 导体中出现电流时也会连带产生磁场，一旦相 邻两 铜线的磁力线纠缠在一起时，将出现杂讯。
Home
3.特性阻抗的定义（Characteristic Impedance） 当上述微带线中Z0的四种变量（w、t、h、 r）有任一项发生 异常，例如下图的讯号线出现缺口时，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。如 此将无法避免噪声及误动作了。下图中的软管突然被小朋 友踩住，造成软管两端都出现异常，正好可说明上述特性 阻抗匹配不良的问题。
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3.特性阻抗的定义（Characteristic Impedance） 上述部分讯号能量的反弹，将造成原来良好品质的方波讯号 ，立即出现异常的变形（即发生高准位向上的Overshoot ，与低准位向下的 Undershoot，以及二者后续的 Ringing。此等高频噪声严重时还会引发误动作，而且当 时脉速度愈快时噪声愈多也愈容易出错。
c： 避免平行减短长度。
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Ø为什么要控制阻抗？
1：针对目前高频高速的要求，及对信号失真状况越 来越高的要求，在设计PCB时方波信号在多层 板讯号线中，其特性阻抗值必须要和电子元件 的内置电子阻抗相匹配，才能保证信号的完整 的传输。 2：当特性阻抗值超出公差时，所传讯号的能量将出 现反射、散失、衰减或延误等劣化现象，严重 时会出现错误讯号。 3：由于元件的电子阻抗越高，其传输速率越快。 总之，是为了配合电子元器件的电子阻抗，避免信号传输时 失真的现象，所以要控制阻抗。
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6. 压合结构设计重点
(1)介电层之搭配设计尽量以thin core为key factor
此处阻抗线路距离上端 参考层较近，因此此厚 度为key factor 应尽量 以压合后厚度稳定的 thin core为设计基准
P.P
KEY
6. 压合结构设计重点
(2)P.P数量愈少愈好，避免使用多张P.P， 若厚度太厚可用无铜箔基版 P.P数量多，压合变异性大且价格成本较昂贵 (3)除非不得已尽量避免使用高含胶量之 P.P(ex. 106、1100、2200、7630….) 厚铜板除外 含胶量高之P.P因流胶量较难控制所以压合后厚 度之变异性较大，应尽量避免使用
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2.传输线之终端控管技术（Termination） 当传输线本身的特性阻抗（Z0）被设计者订定为28ohm时 ，则终端控管的接地的电阻器（Zt）也必须是28ohm， 如此才能协助传输线对Z0的保持，使整体得以稳定在28 ohm的设计数值。也唯有在此种 Z0=Zt 的匹配情形下， 讯号的传输才会最具效率，其“讯号完整性”（Signal Integrity，为讯号品质之专用术语）也才最好。
ØPCB的传输线
PCB的传输线是由讯号线、介质层与参考层三者 共同组成，缺一不可。 （凡讯号在导线中传播时，若该线路的长度接近 讯号波长的1/7时，该导线即被视为传输线。波长 =光束（C)/频率(F) Er：也称为DK（介质常数），即相对容 电率。不同的材料，在不同的测量 条件下，其Er值也不同。对讯号的 传播速度有很大的影响。
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决定阻抗控制大小的因素
传输线的阻抗究竟控制在多少，取决于好几个方面： v 1、如果芯片内置有匹配的，要根据芯片要求来选取传输线 的阻抗。 v 2、如果互连上有连接器，则要根据连接器的阻抗来选取传 输线的阻抗。一般连接器、连接线缆的阻抗是50ohm或 75ohm。 v 3、根据PCB的板厚、叠层来选择合适的传输线阻抗，一般 可以在50ohm～75ohm间选取。 v 4、某些特殊场合，有特殊的阻抗要求，如RAMBUS要求 28ohm的传输线特征阻抗。
7. POLAR模组介绍
v 现有单线模阻
1.讯号线在外层 2.参考层在内层, 例L1-2OR L1-3 3.单条讯号线 4.仿真防焊前使用
阻抗值与介电层厚度成正比. (可以理解为绝缘厚度越厚，信号穿过其和接地层形成回路所遇到的阻力越大，所以阻抗值越大）
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3.特性阻抗的定义（Characteristic Impedance） 阻抗值与线宽成反比 .
（可以理解为其他条件都相同的情况下，表面积增大则相对单位面积所遇到的阻力减小，所以阻抗减小。）
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2.传输线之终端控管技术（Termination） 由上可知当“讯号”在传输线中飞驰旅行而到达终点， 欲进入接受组件（如 CPU 或 Memory 等大小不同的 IC ）中工作时，则该讯号线本身所具备的“特性阻抗”，必 须要与终端组件内部的电子阻抗相互匹配才行，如此才 不致任务失败白忙一场。用计算机术语说就是“正确执 行指令，减少噪声干扰，避免错误动作”。一旦彼此未 能匹配时，则必将会有少许能量回头朝向“发送端”反弹 ，进而形成反射噪声（Noise）的烦恼。
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5.材料成本的考量
1) 使用常见的胶片组合: 当使用两张以上胶片时, 尽量避免使用单价 较高的胶片去做组合, 如106, 2313, 1506等. 2) 胶片压合张数最多不可超过3张: 若3张7628或7630仍无法达到客户介电层要求 时, 须使用无铜箔基板搭配上下各一张胶片进行 压合, 因为多张胶片压合时可能会出现滑板问题.
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Ø 如何做好阻抗控制
1.阻抗匹配 2.传输线之终端控管技术（Termination） 3.特性阻抗的定义（Characteristic Impedance） 4.阻抗计算的逻辑 5.材料成本的考量 6. 压合结构设计重点 7.POLAR模组介绍 8.判断模块原则. 判断模块原则 9.阻抗Coupon添加位置及方向. 10.阻抗线设计规定. 11.阻抗线路检查事项(Imp. Trace Review Items ) 12.常见的阻抗测试模组. 13.特性阻抗的测试.
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4.阻抗计算的逻辑 如左列结构, 计算阻抗时应先从外层 算起(Microstrip line), 外层阻 抗计算出来后可得到L1~L2及 L9~L10的介电层厚度, 然后再计算 内层阻抗, 因为内层结构为两个 Strip line结构所组成, 算出L3及 L4的阻抗结构后, 一般的结构为对 称性设计, 故可得到另一组L7及L8 的阻抗结构, 至于L5~L6的介电层 为介于两层GND之间, 所以这段厚 度不会影响阻抗, 可配合各介电层 厚度总和, 自由调整该处厚度.
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Ø常见的四种传输线
电力线 磁力线 第一种为共轴的传输线。同轴电缆Coaxial Cable 第二种为微波传输线，即我们一般看到的阻抗线在外层的 特性阻抗。 第三种是带状传输线，即我们一般看到的阻抗线在内层的 特性阻抗。 第四种为共面线，即我们经常讲到的共模阻抗。
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3.特性阻抗的定义（Characteristic Impedance）
当某讯号方波，在传输线组合体的讯号线中，以高准位（High Level）的正压讯号向前推进时，则距其最近的参考层（如接地层） 中，理论上必有被该电场所感应出来的负压讯号伴随前行（等于正压 讯号反向的回归路径 Return Path），如此将可完成整体性的回路（ Loop）系统。该“讯号”正行进中，但我们将时间冻结住，即可想象其 所遭受到来自讯号线、介质层与参考层等所共同呈现的瞬间阻抗值（ Instantaneous Impedance），此即所谓的“特性阻抗”。 “特性阻抗”应与讯号线之线宽（w）、线厚（t）、介质厚度（h）与 介质常数（Dk）都扯上了关系。此种传输线之一的微带线其图标与 计算公式如下：
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1.阻抗匹配: 将讯号的传输看成软管送水浇花 数字系统之多层板讯号线（Signal Line）中，当出现方波 讯号的传输时，可将之假想成为软管（hose）送水浇花 。一端于手握处加压使其射出水柱，另一端接在水龙头 。当握管处所施压的力道恰好，而让水柱的射程正确洒 落在目标区.
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1.阻抗匹配: 将讯号的传输看成软管送水浇花 然而一旦用力过度水注射程太远，不但腾空越过目标浪费 水资源。也有可能因强力水压无处宣泄，以致往来源反弹 造成软管自龙头上的挣脱! (阻抗太高)
如何做好阻抗控制
资料整理: 王 日
敬
期 : 2006.2.8
参考文献: 特性阻抗之诠释与测试(白蓉生教授)
Ø 什么是阻抗 Ø PCB的传输线
引言
Ø 为什么要控制阻抗？ Ø
决定阻抗控制大小的因素
Ø 如何做好阻抗控制
Creat By Jeanne
Ø什么是阻抗
1：阻抗的定义： 导线中所传导的为交流电（A.C）时，所遭遇到的阻力. （Impedance ） 2：特性阻抗的定义（Characteristic Impedance Control） 在PCB线路中流动的是方波信号或脉冲信号（SQUARE WAVE SIGNAL PULSE） 在能量上的传输，这种信号在传输时所受的阻力称为特性阻 抗。 3：差动阻抗定义（Differential Impedance Control）: 指在同一层中的两根信号线间的信号阻力干扰。 4：共面阻抗定义(Coplanar Waveguide Impedance Control): 也是差动阻抗的一种.但信号的传输与其相邻的铜面距离有相 应的影响.
由讯号线、介质层、及接地层三者所共同组成）中所进行 的快速传送。
訊號線
介質層
接地層
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1.阻抗匹配: 将讯号Hale Waihona Puke Baidu传输看成软管送水浇花
此时可将传输线（常见者有同轴电缆Coaxial Cable，与微带线 Microstrip Line 或带线 Strip Line 等）看成软管，而握管处所施 加的压力，就好比板面上“接受端”（Receiver）组件所并联到 Gnd 的 电阻器一般，），使匹配接受端组件内部的需求。可用以调节其终点 的特性阻抗（Characteristic Impedance)
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1.阻抗匹配: 将讯号的传输看成软管送水浇花 反之，当握处之挤压不足以致射程太近者，则照样得不到 想要的结果。(阻抗太低) 唯有拿捏恰到好处才能符合实际需求的距离。(阻抗匹配)
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1.阻抗匹配: 将讯号的传输看成软管送水浇花 上述简单的生活细节，正可用以说明方波（Square Wave） 讯号（Signal）在多层板传输线（Transmission Line，系
6. 压合结构设计重点
(4)P.P之搭配尽量使用常用之胶片组合， 综合上述各点找出最佳组合 FR-4(HTg) 2200X2 ->5.1X2 = 10.2 1080+7628 ->2.96+7.94 = 10.7 --------佳 (5)若为4/4线路以下，尽量以较薄胶片、缩线搭配 4/4线路 1080-> 3.75 mil 可达阻抗中值 --------佳 1100-> 4.25 mil 可达阻抗中值
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3.特性阻抗的定义（Characteristic Impedance）
阻抗设计简单的说就是找一组参数(介电层厚度H , 线宽W , 介电常 数εr , 铜厚T) 的组合, 使参数代入公式中可以命中规格中值. 目 前GFI使用POLAR仿真软件计算阻抗, 相关作业程序, 请参考阻抗仿 真作业制作. 下图为各参数与阻抗的关系.
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3.特性阻抗的定义（Characteristic Impedance） 阻抗值与介电常数成反比.
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3.特性阻抗的定义（Characteristic Impedance） 阻抗值与铜厚成反比
Zo=(87/√(er'+1.41))*LN[5.98*H/(0.8*W+T)] Where er'=er*[1-exp(-1.55*H1/H)]
如上图所示：
Ø 讯号传播与传输线。
1：正弦波讯号在介质中的传播速度与光速成正比，与其介质常数（DK） 成反比。 2：减少串讯的方法：短线、薄板、少平行线。 a：传输线越短，延误愈少。 b：密集布线时介质层愈薄则杂讯愈少。 导体中出现电流时也会连带产生磁场，一旦相 邻两 铜线的磁力线纠缠在一起时，将出现杂讯。
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3.特性阻抗的定义（Characteristic Impedance） 当上述微带线中Z0的四种变量（w、t、h、 r）有任一项发生 异常，例如下图的讯号线出现缺口时，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。如 此将无法避免噪声及误动作了。下图中的软管突然被小朋 友踩住，造成软管两端都出现异常，正好可说明上述特性 阻抗匹配不良的问题。
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3.特性阻抗的定义（Characteristic Impedance） 上述部分讯号能量的反弹，将造成原来良好品质的方波讯号 ，立即出现异常的变形（即发生高准位向上的Overshoot ，与低准位向下的 Undershoot，以及二者后续的 Ringing。此等高频噪声严重时还会引发误动作，而且当 时脉速度愈快时噪声愈多也愈容易出错。
c： 避免平行减短长度。
Creat By Jeanne
Ø为什么要控制阻抗？
1：针对目前高频高速的要求，及对信号失真状况越 来越高的要求，在设计PCB时方波信号在多层 板讯号线中，其特性阻抗值必须要和电子元件 的内置电子阻抗相匹配，才能保证信号的完整 的传输。 2：当特性阻抗值超出公差时，所传讯号的能量将出 现反射、散失、衰减或延误等劣化现象，严重 时会出现错误讯号。 3：由于元件的电子阻抗越高，其传输速率越快。 总之，是为了配合电子元器件的电子阻抗，避免信号传输时 失真的现象，所以要控制阻抗。
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6. 压合结构设计重点
(1)介电层之搭配设计尽量以thin core为key factor
此处阻抗线路距离上端 参考层较近，因此此厚 度为key factor 应尽量 以压合后厚度稳定的 thin core为设计基准
P.P
KEY
6. 压合结构设计重点
(2)P.P数量愈少愈好，避免使用多张P.P， 若厚度太厚可用无铜箔基版 P.P数量多，压合变异性大且价格成本较昂贵 (3)除非不得已尽量避免使用高含胶量之 P.P(ex. 106、1100、2200、7630….) 厚铜板除外 含胶量高之P.P因流胶量较难控制所以压合后厚 度之变异性较大，应尽量避免使用
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2.传输线之终端控管技术（Termination） 当传输线本身的特性阻抗（Z0）被设计者订定为28ohm时 ，则终端控管的接地的电阻器（Zt）也必须是28ohm， 如此才能协助传输线对Z0的保持，使整体得以稳定在28 ohm的设计数值。也唯有在此种 Z0=Zt 的匹配情形下， 讯号的传输才会最具效率，其“讯号完整性”（Signal Integrity，为讯号品质之专用术语）也才最好。