特性阻抗控制介绍

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阻抗控制介绍

三. 阻抗模拟要点分析
• 1. 特性阻抗的计算公式
:
• Z0=87/SQRT(Er+1.41)×ln[(5.98h)/(0.8w+t)] • Z0：印刷导线的特性阻抗： Er：绝缘材料的介电常数： h：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。从公式可以看出，主要因素是：(1)介质常数Er; (2)介质厚度h; (3)导线宽度w; (4)导线厚度t等。因而可知，特性阻抗与基板材料(覆铜板材)关系是非常密切的，故选择基板材料在PCB设计中非常重要。
• 2.管控阻抗的意义： – 我国正处在以经济建设为中心和改革开放的大好形势下，电子工业的年增长率会超过20％，印刷电路板工业依附整个电子工业也会随势而涨．而且超过20％的增长速度。印刷电路随着电子设备的小型化、数字化、高频化和多功能化发展．作为电子设备中电气的互连件—PCB中的金属导线，已不仅只是电流流通与否的问题，而是作为信号传输线的作用。也就是说．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(或网络)的通、断和短路等是否符合要求，而且还应该测量特性阻抗值是否在规定的合格范围内，以保证传输信号的完整性（Signal Integrity ）。只有这两方向都合格了．印刷板才符合要求。
– 雙面接觸銅面:
• PP厚度=100%殘銅PP厚度-上內層棕化後參照銅厚*(1-上內層殘銅率) –下內層棕化後參照銅厚*(1-下內層殘銅率) • Note: 針對上內層與下內層銅厚不一的板子需特別注意.
由图中可以看到当介质厚度改变0.025mm时,就会引起阻抗值相应的变化5～ 8Ω。
四.模拟实例
•
• 1. Polar認識:

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;

两层板(双面板)如何控制50欧特性阻抗的设计技巧

两层板（双面板）如何控制50欧特性阻抗的设计技巧我们都知道，在射频电路的设计过程中，走线保持50欧姆的特性阻抗是一件很重要的事情，尤其是在Wi-Fi产品的射频电路设计过程中，由于工作频率很高（2.4GHz或者5.8GHz），特性阻抗的控制就显得更加重要了。

如果特性阻抗没有很好的控制在50欧姆，那么将会给射频工程师的工作带来很大的麻烦。

什么是特性阻抗?是指当导体中有电子”讯号”波形之传播时，其电压对电流的比值称为”阻抗Impedance”。

由于交流电路中或在高频情况下，原已混杂有其它因素(如容抗、感抗等)的”Resistance”，已不再只是简单直流电的”欧姆电阻”(OhmicResistance)，故在电路中不宜再称为”电阻”，而应改称为”阻抗”。

不过到了真正用到”Impedance阻抗”的交流电情况时，免不了会造成混淆，为了有所区别起见，只好将电子讯号者称为”特性阻抗”。

电路板线路中的讯号传播时，影响其”特性阻抗”的因素有线路的截面积，线路与接地层之间绝绿材质的厚度，以及其介质常数等三项。

目前已有许多高频高传输速度的板子，已要求”特性阻抗”须控制在某一范围之内，则板子在制造过程中，必须认真考虑上述三项重要的参数以及其它配合的条件。

两层板如何有效的控制特性阻抗？在四层板或者六层板的时候，我们一般会在顶层（top）走射频的线，然后再第二层会是完整的地平面，这样顶层和第二层的之间的电介质是很薄的，顶层的线不用很宽就可以满足50欧姆的特性阻抗（在其他情况相同的情况下，走线越宽，特性阻抗越小）。

但是，在两层板的情况下，就不一样了。

两层板时，为了保证电路板的强度，我们不可能用很薄的电路板去做，这时，顶层和底层（参考面）之间的间距就会很大，如果还是用原来的办法控制50欧姆的特性阻抗，那么顶层的走线必须很宽。

例如我们假设板子的厚度是39.6mil(1mm)，按照常规的做法，在Polar中设计，如下图线宽70mil，这是一个近乎荒谬的结论，简直令人抓狂。

两层板(双面板)如何控制50欧特性阻抗的设计 (1)

两层板（双面板）如何控制50欧特性阻抗的设计技巧我们都知道，在射频电路的设计过程中，走线保持50欧姆的特性阻抗是一件很重要的事情，尤其是在Wi-Fi 产品的射频电路设计过程中，由于工作频率很高（2.4GHz或者5.8GHz），特性阻抗的控制就显得更加重要了。

如果特性阻抗没有很好的控制在50欧姆，那么将会给射频工程师的工作带来很大的麻烦。

什么是特性阻抗?是指当导体中有电子”讯号”波形之传播时，其电压对电流的比值称为”阻抗Impedance”。

不过到了真正用到”Impedance 阻抗”的交流电情况时，免不了会造成混淆，为了有所区别起见，只好将电子讯号者称为”特性阻抗”。

电路板线路中的讯号传播时，影响其”特性阻抗”的因素有线路的截面积，线路与接地层之间绝绿材质的厚度，以及其介质常数等三项。

但是，在两层板的情况下，就不一样了。

例如我们假设板子的厚度是39.6mil(1mm)，按照常规的做法，在Polar中设计，如下图线宽70mil，这是一个近乎荒谬的结论，简直令人抓狂。

特性阻抗之原理与应用

特性阻抗之原理與應用Characteristic Impedance一、前題1、導線中所傳導者為直流（D.C.）時，所受到的阻力稱為電阻（Resistance），代表符號為R，數值單位為“歐姆”（ohm,Ω）。

其與電壓電流相關的歐姆定律公式為：R=V/I；另與線長及截面積有關的公式為：R=ρL/A。

2、導線中所傳導者為交流（A.C.）時，所遭遇的阻力稱為阻抗（Impedance），符號為Z，單位仍為Ω。

其與電阻、感抗及容抗等相關的公式為：Z =√R2 +(XL—Xc)23、電路板業界中，一般脫口而出的“阻抗控制”嚴格來說并不正确，專業性的說法應為“特性阻抗控制”（Characteristic Impedance Control）才對。

因為電腦類PCB線路中所“流通”的“東西”并不是電流，而是針對方波訊號或脈沖在能量上的傳導。

此種“訊號”傳輸時所受到的“阻力”另稱為“特性阻抗”，代表的符號是Zo。

計算公式為：Zo = √L/C ，（式中L為電感值，C為電容值），不過Zo的單位仍為歐姆。

只因“特性”的原文共有五個章節，加上三個單字一并唸出時拗口繞舌十分費力。

為簡化起見才把“特性”一字暫時省掉。

故知俗稱的“阻抗控制”，實際上根本不是針對交流電“阻抗”所進行的“控制”。

且即使要簡化掉“特性”也應說成Controlled Impedance，或阻抗匹配才不致太過外行。

圖1 PCB元件間以訊號（Signal）互傳，板面傳輸線中所遭遇的阻力稱為“特性阻抗”二、需做特性阻抗控制的板類電路板發展40年以來已成為電機、電子、家電、通信（含有線及無線）等硬體必備的重要元件。

若純就終端產品之工作頻率，及必須阻抗匹配的觀點來分類時，所用到的電路板約可粗分為兩大類：1、高速邏輯類：早期資訊工業（Information Technology Industry）在作業速度還不是很快時，電路板只是一種方便零件組裝與導通互連（Interconnection ）的載板或基地而已。

PCB阻抗知识讲解

4.2 FA A4E1664批量生产板阻抗测试结果(12月9日)
FA
蚀ห้องสมุดไป่ตู้速度菲林设计线宽
A4E1664批量生产板阻抗测试结果(12月9日)
实测线宽
碱性蚀刻后阻抗测试数据 WF绿油后阻抗测试阻抗平均阻抗测试阻抗测试阻抗测试阻抗测试阻抗测试值最大值最小值平均值最大值最小值 99.45 100.81 96.46 90.07 91.03 89.05 98.69 100.39 95.72 88.02 88.96 87.45 99.72 101.07 96.92 87.47 89.89 86.23 102.81 103.74 101.25 88.33 89.3 87.32 97.52 100.57 91.25 85.72 87.02 83.37 100.99 102.98 98.76 92.66 93.86 91.82 97 98.03 95.96 90.01 91.51 88.5 99.92 101.36 97.67 88.34 89.21 87.52 98.23 100.34 95.33 87.88 89.4 85.96 3600mm/m 0.2150.27mm 95.78 96.93 93.88 94.8 96.33 92.94 in 0.225mm 101.09 102.07 99.57 90.34 91.91 88.23 99.31 100.29 97.99 89.97 91.38 88.62 99.96 101.73 98.2 90.28 92.37 87.41 100.02 101.29 98.45 91.15 92.48 88.48 96.8 99.06 93.61 90.65 91.42 89.5 95.53 106.45 100.66 89.17 90.08 88.59 96.66 97.42 95.37 85.77 88.78 82.64 97.87 99.35 96.46 88.87 89.95 88.11 100.34 101.24 98.94 89 89.78 88.39 从碱性蚀刻后和WF绿油后阻抗测试数据分析可知，WF后测试条阻抗减少10±3.

什么是特性阻抗？影响特性阻抗的因素有哪些？

什么是特性阻抗？影响特性阻抗的因素有哪些？
阻抗为区别直流电(DC)的电阻，把交流电所遇到的阻力称为阻抗(Z0)，包括电阻(R)、感抗(XC)和容抗(XL)。

1特性阻抗
又称“特征阻抗”。

在高频范围内，信号传输过程中，信号沿到达的地方，信号线和参考平面间由于电场的建立，会产生一个瞬间电流I，而如果信号的输出电平为V，在信号传输过程中，传输线就会等效成一个电阻，大小为
V/I，把这个等效的电阻称为传输线的特性阻抗Z0。

特性阻抗受介电常数、介质厚度、线宽等因素影响。

是指在某一频率下，传输信号线中(也就是我们制作的线路板的铜线)，相对某一参考层(也就是常说的屏蔽层、影射层或参考层)，其高频信号或电磁波在传播过程中所受的阻力称之为特性阻抗，它实际上是电阻抗、电感抗、电容抗等一个矢量总和。

2控制PCB特性阻抗的意义。

高精度特性阻抗板的工艺控制研究

ＰｒｃｓｉｇｔｃｏｏｙｒｓａｃｈｅｏｅｓｎｅｈｎｌｇｅｅｒｈｏｆｔｐｒｃｓｈａａｔｒｓｉｍｐｅｎｃｆＰＣＢｅｉｅｃｒｃｅｉｔｃｉｄａｅｏ
ＹＵＡＮＨｕｎｘｉａ．ｎＡｂｒｔｓｔａｃＤｅａｄｆｒｈｇｅｒｑｅｃｒｈｇｅｐｅｄｄｉｉａｉｎｌｐｏｅｓｎｇｉｏａｌｏａｎｔｅｍｎｏｉｈｒｆｅｕｎｙｏｉｈｒｓｅｇｔｌｓｇａｒｃｓｉｓｎｔｂｅｔｄｙｉｈ
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ＰＢＣ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：Ｔ４Ｎ１文献标识码：Ａ文章编号：１０ — ０６（００）１－０４００９０９２１１０３－６
Ｋｅｏｄｙｗｒｓ
ＣｈｒｃｅｉｔｐｄｎｅｍｐｄｎｅｃｎｒｌＥｎｉｅｒｇｄｓｇ；Ｐｏｅｓｃｎｒｌａａｔｒｉｉｅａｃ；Ｉｅａｃｏｔｏ；ｇｎｅｉｅｉｎｒｃｓｏｔ；ｓｃｍｎｏ
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、

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特性阻抗控制2010.10.201Agenda1. 何謂特性阻抗 2. 2 影響特性阻抗之因子 3. 特性阻抗之類型介紹 4. CITS25模組介紹及應用 5. Impedance Coupon設計 6. 特性阻抗測試及製程管制2何謂特性阻抗3PCB的演進1. 1 傳統 PCB只是個簡單的互連工具 PCB只是一個簡單的互連工具。

2. 隨著積體電路集成度提高和應用、電路的工作速度愈來愈快，信號傳輸頻率和速度愈來愈高，PCB上的導線必須扮演高性信號傳輸頻率和速度愈來愈高 PCB上的導線必須扮演高性能的傳輸線，將輸出端的信號完整，準確的傳送到接收器件的輸入端。

4電阻阻抗特性阻抗電阻當導線中流通者是直流電流流路流路 1 2πfC 兩兩流利 2πfL 率兩時，其所遭遇的阻力稱為電阻兩流路== ρ阻抗導線中流通者是低頻或的交流電流時，其到的阻力稱為阻抗，符號為，其數值大與導線本身的電阻及迴路的容抗與感抗有關。

有關=+−特性阻抗當傳輸線中傳送的是高頻以上的波動訊號時，其到的阻力稱為特性阻抗，符號為。

此種高頻傳輸線，導線本身的電阻影響很小，系統中之電感及電容影響較大。

ZO = R +L ≈ CL C5電阻、電容與電感電阻電容與電感流流切流流流流力量流力路兩路來流來路流流路流流不路量便類來量更路來流量度流量 6阻抗匹配訊號線有缺點時常造成反射之雜訊與前傳之誤訊。

力路若不不良由於元件的阻抗越高時，其傳輸速率才越高，因由於元件的阻抗越高時其傳輸速率才越高因而電路板的特性阻抗值也要隨之提高，才能與元件相匹配。

來量號能量的衰減，以至接收端所得到訊號不正確， 7影響特性阻抗之因子8傳輸線及特性阻抗在交流電路中之電阻，除導體之電阻外，亦受如容抗、感抗等影響，在交流電路中之電阻除導體之電阻外亦受如容抗感抗等影響故在電路中不稱爲”電阻”，而稱爲”阻抗”。

在高頻傳輸下，將電子訊號者稱爲”特性阻抗”。

影響”特性阻抗”的因素有線路的截面積，線路與接地層之間絕綠材質的厚度以及相對容電素有線路的截面積線路與接地層之間絕綠材質的厚度以及相對容電率(介電常數)等三項。

++9傳輸線定義傳輸線：IPC-2141 3.4.4，“當信號在導線中傳輸時，若該導線長度達到信號波長的 1/7，則該導線即應視作傳輸線”。

高頻率的信號經過導線傳輸後，其頻率降低或時間延遲，故導線越短越好；但當導線長度接近於元件發送的信號速度波長線長度接近於元件發送的信號速度（波長）某一範圍時，元件的信號將會出現明顯 “失真”。

高密度佈線，介電越薄，串擾失真高密度佈線介電越薄串擾越小。

阻抗匹配時信號線的信號傳輸值最大。

10度 Î Î 11度 Î Î 率 Î Î各因子對阻抗之影響Coated Microstrip100.0Coated Microstrip140Coated Microstrip1600.020.040.060.080.0Z o2040608010012081114172023262932Z o20406080100120140147101316192225Z o Width (W)Height (H)Er算如下：οεεεr = 1. 累相對容電率及傳輸速率各種板材由低頻至高頻之相對容電率各種板材在極高頻之相對容電率玻纖/樹脂比與相對容電率之關係FR-4各種板厚之相對容電率FR4各種板厚之相對容電率NELCO高頻材料之相對容電率介電層1.電極間靠得越近，由於正負電荷相互吸引的關係，電極板上就會累積較多的電荷，也就是有較大之電容。

2.介電層厚度增大可以增大特性阻抗，但介電層厚不利於雜訊的消除，故線路板設計時都儘量降低介電層厚度。

3.逼薄介電層可增加Microstrip的佈線密度；且當為薄板之Stripl ine時，各種20雜訊(Crosstalk, EMI,RFI等)均將更為減少。

但相鄰兩銅面層(VCC&GND)或兩線路層(SIGNAL-SIGNAL)其絕緣層宜愈厚愈佳度特性阻抗類型介紹23特性阻抗的基本類型類爲狀暴露參24 狀參特性阻抗的基本類型狀易度率不易度兩不度率率易 Microstrip Strip line 度度力25差動阻抗類型差動阻共模阻抗抗量來說連單模阻偶模阻抗抗Z =Z 26odd Z diff /2Z comm = Z even /2差動阻抗由於訊號完整性問題，越來越多的採用差分線來傳輸訊號訊號：1.由於共模抑制，能夠更好地抗干擾2.由於抵消場，降低輻射雜訊（EMI）3.實現了更加精確的時序控制4.由於抗干擾能力及降低輻射能量，減少了串擾55.減少了由於電流瞬變導致的電源雜訊27奇模與偶模之場線差異藍P l Si6000Polar Si6000試算Z odd = Z diff /229Z comm = Z even /2CITS25模組介紹及應用邊界元素法場效解算器30(Si l d d I d )單端阻抗(Single-ended Impedance)1.訊號線在外層1.訊號線在外層1.訊號線在內層2參考層為內層之2參考層為內層之2參考層為內層之2.參考層為內層之PLANE 2.參考層為內層之PLANE 2.參考層為內層之PLANE 3.單條訊號線 3.單條訊號線 3.單條訊號線4.模擬防焊前使用 4.模擬防焊後使用 4.模擬防焊後使用1.訊號線在內層1.訊號線在內層2.參考層2層內外層之PLANE,為等距結構 2.參考層2層內外層之PLANE,為不對稱3.單條訊號線 3.單條訊號線4.與防焊前無關 4.與防焊前無關差動阻抗類型1.訊號線在外層 1.訊號線在外層 1.訊號線在內層2.參考層為內層之PLANE 2.參考層為內層之PLANE 2.參考層1層靠內層之PLANE2參考層為內層之2參考層為內層之2參考層1層靠內層之3.兩條並行訊號線 3.兩條並行訊號線 3.同層兩條並行訊號線4.模擬防焊前使用 4.模擬防焊後使用 4.模擬防焊前使用訊號線在內層訊號線在內層訊號線在內層1.訊號線在內層 1.訊號線在內層 1.訊號線在內層2.參考層2層內外層之PLANE為等距結構 2.參考層2層內外層之PLANE為不對稱 2.參考層2層內外層之PLANE且對稱3.同層兩條並行訊號線 3.同層兩條並行訊號線 3.上下兩條並行訊號線4.與防焊前無關 4.與防焊前無關 4.與防焊前無關共面阻抗類型GND路2W 度W1 度W2 PLANE 度W3 PLANE 度H 度H1 度T共面阻抗案例35mil的線寬就可獲得50歐姆75mil的線寬才能獲得50歐姆的特性阻抗。

的特性阻抗。

P l Si6000Polar Si6000試算Z odd = Z diff /2Z comm = Z even /2P l SI8000Polar SI8000改善及待改善部份H1 —the distance between the trace and the reference plane Er1, Er2 —the dielectric constant of the laminate W1 —the etch back factor W2 —the desired track widthT1 —the thickness of the copper traceCEr —the dielectric constant of the solder mask C1, C2 ,C3—the solder mask profileImpedance Coupon 設計37C up n CouponCoupon 1.Coupon Coupon 不來不連 PCB ( ) 來不理來不不連 coupon 理不來不連oupon PCB 不 PCB 産 PCB PCB Coupon 行TDR 不不力不 PCB 不數不不Coupon之必要性？Coupon量測特性阻抗值的原因：需以p量測特性阻抗值的原因•難以找到TDR探頭的接地點，PCB設計人員不會在走線時在走線的末端（即晶片引腳）附近放置固定間距的接地點。

•走線的末端（即晶片的引腳）間距是多變多變的，必需要一個間距可調的走線的末端（即晶片的引腳）間距是多變多變的必需要個間距可調的差分探頭來實現探測差動阻抗測試真實走線兩度行不阻抗條設計阻抗條設計1.兩GND POWER ,不 GNDPOWER SIGNAL TRACE2. GND POWER 量參阻抗條設計Q-MAX Measurement of PCB track frequencies.f f四層板阻抗條設計L2L4L1L1L4SIGNAL GROUND COMP. SIDE()L3L2L3L2 (GROUND)L3 (POWER)SOLD. SIDEL4L1L4L1SIGNALGROUNDL2L3L2L3八層板阻抗條設計L2L3L1L5L4L2L7L7L2L2L7L7L1L3L8L6SIGNAL GROUND COMP. SIDEL7L2L7L2L6L8L4L5L2 (GROUND)L3 (SIGNAL)L4 (SIGNAL)L5 (SIGNAL)L6 (SIGNAL)L7 (GROUND)L3L1L5L4L1L3L8L6L6L8L4L5SOLD. SIDEL2L2L7L7L2L2L7L7SIGNAL GROUND L7L2L7L2阻抗條設計重點差動阻抗條設計C 設計軟體Coupon設計軟體特性阻抗測試及製程管制49特性阻抗測試。