PCB的阻抗设计
PCB阻抗设计参考
前言为保证信号传输质量、降低EMI干扰、通过相关的阻抗测试认证,需要对PCB 关键信号进行阻抗匹配设计。
本设计指南是综合常用计算参数、电视机产品信号特点、PCB Layout实际需求、SI9000软件计算、PCB供应商反馈信息等,而最终得出此推荐设计。
适用于大部分PCB供应商的制程工艺标准和具有阻抗控制要求的PCB板设计。
一、双面板阻抗设计100欧姆差分阻抗推荐设计①、包地设计:线宽、间距 7/5/7 mil地线宽度≥20mil信号与地线距离6mil,每400mil内加接地过孔;②、不包地设计:线宽、间距 10/5/10mil差分对与对之间距离≥20mil(特殊情况不能小于10mil建议整组差分信号线外采用包地屏蔽,差分信号与屏蔽地线距离≥35mil(特殊情况不能小于20mil。
90欧姆差分阻抗推荐设计①、包地设计:线宽、间距 10/5/10mil地线宽度≥20mil信号与地线距离6mil或5mil,每400mil内加接地过孔;②、不包地设计:线宽、间距 16/5/16mil差分对与对之间距离≥20mil建议整组差分信号线外采用包地屏蔽,差分信号与屏蔽地线距离≥35mil(特殊情况不能小于20mil。
要领:优先使用包地设计,走线较短并且有完整地平面可采用不包地设计;计算参数:板材FR-4,板厚1.6mm+/-10%,板材介电常数4.4+/-0.2,铜厚1.0盎司(1.4mil阻焊油厚度 0.6±0.2mil,介电常数 3.5+/-0.3图1 包地设计图2 不包地设计二、四层板阻抗设计100欧姆差分阻抗推荐设计线宽、间距 5/7/5mil差分对与对之间距离≥14mil(3W准则注:建议整组差分信号线外采用包地屏蔽,差分信号与屏蔽地线距离≥35mil(特殊情况不能小于20mil。
90欧姆差分阻抗推荐设计线宽、间距 6/6/6mil差分对与对之间距离≥12mil(3W准则要领:在差分对走线较长情况下,USB的差分线建议两边按6mil的间距包地以降低EMI风险(包地与不包地,线宽线距标准一致。
PCB阻抗设计及计算教程
PCB阻抗设计及计算教程PCB阻抗设计及计算是电路设计与布局中的重要一环，它对于保证电路性能、抑制信号干扰和提高系统稳定性具有至关重要的作用。
本文将介绍PCB阻抗的基本概念，阻抗设计的目标和方法，并详细解释如何进行PCB阻抗计算。
1.基本概念：在PCB设计中，阻抗是指电流或信号在电路板上的传输时遇到的阻碍。
阻抗主要由导线、平面、空气等介质的特性决定。
常见的阻抗有单端阻抗和差分阻抗。
2.阻抗设计的目标：(1)确保信号完整性：通过控制阻抗，避免信号的反射和损耗，确保信号的完整性，避免信号失真以及噪声和串扰的引入。
(2)抑制系统的电磁辐射：通过设计合适的阻抗，减少电流的回流路径，降低系统的电磁辐射水平，提高抗干扰能力。
(3)提高系统的工作稳定性：通过阻抗设计和匹配，使得信号传输更加稳定，避免因阻抗不匹配引起的系统不稳定和故障。
3.阻抗设计的方法：(1)常规PCB布局：根据电路需求和信号速度，尽量避免使用过长过窄的线路，减小阻抗不匹配和信号失真的可能性。
(2)地线的设计：地线是设计阻抗的重要因素之一，它应该尽量宽而平，以减小阻抗，提高地线的传输能力。
(3)控制环境因素：根据设计需求，合理选择PCB板材和层间距，控制介质常数，进而控制阻抗值。
(4)信号层堆叠：通过合理的层次规划和PCB板厚度选择，控制信号层之间的间距和层间介质特性，达到要求的阻抗。
4.PCB阻抗计算：(1)阻抗计算规则：根据线宽、线距和介质常数等参数，可以使用在线计算软件或公式进行阻抗计算。
常用的公式有微带线和线间微带线的计算公式。
(2)使用在线计算软件：目前市面上有许多免费的在线阻抗计算软件，只需输入所需参数即可得到计算结果。
(3)使用电磁仿真软件：对于复杂的PCB设计，可以使用电磁仿真软件进行阻抗计算，如ADS、CST等软件。
仿真软件可以更加准确地计算阻抗，并考虑复杂的环境因素。
总结：PCB阻抗设计及计算是PCB设计中不可忽视的一环，它对电路性能和系统稳定性具有重要影响。
PCB阻抗设计准则
PCB阻抗设计准则PCB（Printed Circuit Board）阻抗设计是在高速电路设计中的一个关键环节，它直接影响到电路的性能和稳定性。
合理的阻抗设计可以减少信号的反射、串扰和损耗，提高信号的传输质量和稳定性。
在进行PCB阻抗设计时，有一些准则需要遵循。
下面将详细介绍这些准则。
1.根据电路需求确定PCB层次：根据电路的复杂程度，确定PCB的多层设计，其中内层可以用作阻抗控制层。
2.定位器研究和优化：通过研究信号的传输路径和布线，确定合适的定位器位置，使信号的功率尽量平均分布在整个PCB中。
3.地的设计：地是阻抗设计中非常重要的一部分，良好的地设计可以减少信号的反射和串扰。
要避免地回流，需使用地孔。
4.差分信号的布局：差分信号的布局能使得信号平等的分布在PCB上，减少串扰和不匹配引起的损耗。
5.控制合理的层间间距：层间间距会影响信号的传输速度，通常的层间距是4H，其中H为标准PCB高度。
6.保持合适的阻抗匹配：根据信号的频率和阻抗需求选择合适的线宽和距离，以确保阻抗的匹配。
7.特殊形状的布线：对于高速信号，可以采用宽度变化、走线方式变化等布线技巧来优化阻抗控制。
8.合理绘制地平面：在整个PCB中布满地平面，以减少信号的反射和串扰，提高信号的质量。
9.足够的缝隙：为了避免因成本考虑太小的缝隙导致信号失效，需要仔细考虑线宽和缝隙的选择。
10.验证和优化设计：在完成阻抗设计后，通过使用仿真工具和实际测试来验证设计的正确性，如果有必要，则进行优化。
以上是PCB阻抗设计的一些准则，实际设计过程中还需根据具体的电路需求和工艺条件来做出适当的调整。
通过合理的阻抗设计，可以提高电路的性能和稳定性，满足高速电路的要求。
PCB线路板常用阻抗设计及叠层结构
PCB线路板常用阻抗设计及叠层结构PCB线路板（Printed Circuit Board）是现代电子设备中常用的一种基础组件，用于支持和连接电子元件，实现电路功能。
在PCB设计过程中，阻抗是一个重要的设计参数，特别是在高频信号传输和高速数字信号传输中。
1.电源和地线：电源和地线通常被设计成具有低阻抗的结构，以确保稳定的电源供应和良好的信号接地。
在PCB布局中，电源和地线一般会采用较宽的铜箔，以降低电阻和电感。
2.信号线：对于高速数字信号和高频信号的传输，常常需要控制信号线的阻抗。
阻抗匹配可以提高信号传输的带宽和抗干扰能力。
常见的阻抗设计包括单端阻抗和差分阻抗。
单端线路一般采用50欧姆的阻抗，而差分线路一般采用90欧姆的阻抗。
3.地平面：在高速数字信号传输中，地平面既可以作为信号的返回路径，同时也可以帮助抑制信号的辐射和干扰。
为了保持地平面的阻抗一致性，通常会在地平面上布满大面积的铜箔，以降低电阻和电感。
5.间距和宽度：阻抗的大小与线路的宽度和间距密切相关。
调整线路的宽度和间距可以实现对阻抗的精确控制。
在设计过程中，可以使用专业的PCB设计工具进行阻抗仿真和优化，以满足设计需求。
对于PCB线路板的叠层结构，常见的设计包括以下几种：1. 单面板（Single Layer PCB）：单面板是最简单的PCB结构，只有一层导电层，通常用于简单的电路或低成本的产品中。
2. 双面板（Double Layer PCB）：双面板具有两层导电层，信号可以在两层之间进行传输。
双面板可以实现更复杂的电路布局和更高的密度，通常用于中等复杂度的产品。
3. 多层板（Multilayer PCB）：多层板由内外多个导电层组成，其中通过绝缘层来隔离。
多层板可以实现更高的集成度和更复杂的布局，用于高速数字信号传输和复杂电路的设计。
4. 刚性-柔性板（Rigid-Flex PCB）：刚性-柔性板结合了刚性电路板和柔性电路板的优势。
pcb阻抗设计要求
PCB（Printed Circuit Board）阻抗设计是在设计PCB时考虑电路中信号传输的特性，以确保信号完整性和性能稳定。
阻抗匹配是为了避免信号在传输过程中发生反射、衰减或串扰。
以下是在进行PCB 阻抗设计时的一些建议和要求：1. 信号完整性：阻抗设计的主要目标是确保信号在传输过程中保持完整性，避免信号失真、反射和干扰。
良好的阻抗匹配有助于维持信号的稳定性。
2. 标准阻抗值：使用标准的阻抗值，如50欧姆或75欧姆，以便与常见的信号传输线和接口标准匹配。
这有助于简化设计，并使PCB与其他设备更好地兼容。
3. 差分对阻抗匹配：对于差分信号传输线，确保差分对之间的阻抗匹配。
这对于高速差分信号的传输非常重要，以防止串扰和失真。
4. 信号层阻抗控制：在PCB的不同信号层之间和信号层内，保持一致的阻抗。
这有助于避免信号通过不同层时引起的阻抗变化。
5. 匹配传输线阻抗：选择和匹配PCB上的传输线阻抗，例如微带线、同轴电缆等。
确保这些线的阻抗与设计要求一致。
6. 差分对距离：对于高速差分信号，控制差分对之间的距离，以减小串扰和确保信号匹配。
7. 避免尖峰信号：尽量避免出现尖峰信号，因为这可能导致信号反射。
采用合适的电源和信号滤波可以减小尖峰信号的产生。
8. 考虑环境因素：在阻抗设计中考虑环境因素，例如温度变化、湿度等，以确保PCB 在不同条件下仍能维持稳定的阻抗特性。
9. 使用仿真工具：使用PCB设计仿真工具，如HFSS、SIwave等，进行阻抗匹配仿真，以优化设计并确保其满足要求。
10. 测试和验证：进行PCB生产后的阻抗测试，以验证实际制造的PCB是否符合设计要求。
综合考虑以上因素，可以确保PCB阻抗设计满足性能需求，有助于提高信号传输的质量和可靠性。
PCB的阻抗设计
PCB的阻抗设计PCB（Printed Circuit Board，印刷电路板）是电子产品中最重要的组成部分之一，其设计和制造质量直接影响产品的性能和可靠性。
阻抗设计是PCB设计的一个重要方面，它涉及到电路板的层间耦合、反射和传播延迟等参数。
在本文中，我将详细介绍PCB阻抗设计的原理、方法和注意事项。
首先，我们需要了解阻抗的定义。
在电学中，阻抗是指电流和电压之间的比率。
对于PCB来说，阻抗特指信号的电流和电压在PCB导线上的传播特性。
设计阻抗是为了确保信号在PCB上以期望的速度传播，并减少信号的反射和干扰。
阻抗设计的首要目标是匹配信号源和负载的阻抗。
信号源的输出阻抗和负载的输入阻抗应该与PCB设计的阻抗相匹配。
这样，信号能够完全传输到负载端，减少信号的反射和失真。
PCB阻抗设计的方法主要包括以下几个方面：1.选择合适的PCB材料：PCB材料对阻抗有很大的影响。
不同的材料具有不同的介电常数和介电损耗因子，会导致不同的信号传播速度和阻抗特性。
因此，在PCB阻抗设计中，应选择合适的材料以满足要求的阻抗。
2.控制PCB线宽和线间距：PCB线宽和线间距的选择也会影响阻抗。
一般来说，线宽越宽，阻抗越低，线间距越宽，阻抗越高。
因此，在设计PCB时，需要根据要求的阻抗选择合适的线宽和线间距。
3.添加阻抗控制结构：为了实现特定的阻抗，可以在PCB设计中添加阻抗控制结构，如阻抗微带线、差分线和阻抗转换器等。
这些结构可以在特定位置和距离上调整阻抗。
4.使用阻抗计算工具：在PCB阻抗设计中，可以使用专门的阻抗计算工具来计算和模拟阻抗。
这些工具可以帮助设计师根据所选材料和几何参数来优化阻抗。
此外，在进行PCB阻抗设计时，还需要注意以下几个方面：1.阻抗的一致性：在整个PCB中，同一条信号线的阻抗应保持一致，以避免信号的干扰和失真。
这要求PCB上的线宽和线间距要一致，并且要控制好线的长度。
2.制造工艺影响：PCB阻抗设计并不仅仅是在设计阶段进行的，而且还需要考虑到制造工艺对阻抗的影响。
PCB常用阻抗设计方案及叠层
PCB常用阻抗设计方案及叠层PCB（Printed Circuit Board，印刷电路板）是电子设备中最常见的一种电路板，用于连接和支持电子组件。
在PCB设计中，阻抗是一个重要的考虑因素，特别是在高频电路和信号传输中。
以下是PCB常用阻抗设计方案及叠层的介绍：1.阻抗定义和常见值：阻抗是指电路中电流和电压之间的比率，表示电路对交流信号的阻碍程度。
在PCB设计中，常见的阻抗值包括50Ω，75Ω和100Ω等，其中50Ω应用最为广泛。
2.单层PCB阻抗设计：在单层PCB设计中，通过控制信号线的宽度和距离来实现特定的阻抗值。
一般来说，信号线的宽度越宽，阻抗越低。
在设计过程中，可以使用阻抗计算工具或阻抗计算公式来确定合适的信号线宽度。
3.双层PCB阻抗设计：在双层PCB设计中，可以使用不同的叠层结构来实现特定的阻抗值。
常见的叠层结构包括两层相邻的信号层，两层信号层之间夹一层地层，以及两层信号层之间夹一层电源层等。
4.多层PCB阻抗设计：多层PCB通常包含四层或六层，在更高层数的PCB中，可以使用更复杂的阻抗设计方案。
常见的多层PCB阻抗设计方案包括均匀分布阻抗线和差分阻抗线。
5.均匀分布阻抗线：均匀分布阻抗线是指在PCB内部平面层上均匀分布的阻抗线。
通过控制平面层与信号层之间的距离和信号层上的信号线宽度，可以实现特定的阻抗值。
这种设计方案适用于高频电路和差分信号传输。
6.差分阻抗线：差分阻抗线是指将信号和其反相信号同时传输在两条平行的信号线上。
差分信号传输具有很好的抗干扰能力和信号完整性。
在PCB设计中，通过控制差分信号线和地线之间的距离和信号线宽度，可以实现特定的阻抗值。
总之，PCB阻抗设计是非常重要的一部分，在高频电路和信号传输中尤其关键。
通过合理选择信号线宽度、距离以及叠层结构等设计参数，可以实现所需的阻抗值。
在PCB设计过程中，可以借助专业的设计软件和计算工具，以及参考相关的设计规范和指南来进行阻抗设计。
PCB阻抗设计参考
PCB阻抗设计参考在PCB设计中，阻抗是一个非常重要的参数，尤其对于高频信号传输和数字信号传输。
正确设计PCB阻抗可以确保信号的稳定传输和减少信号衰减。
一般来说，要设计PCB的阻抗，需要考虑以下几个方面：1.材料特性：首先要了解所使用的PCB板材的介电常数和介磁常数。
这些参数会对阻抗产生影响，例如常用FR-4板材的介电常数在4.2~4.5之间。
2.PCB层结构：多层板的设计中，每一层的布线方式会影响阻抗。
通过选择合适的层次安排来控制阻抗。
两层板可以使用不同的宽度和间距的微带线或者分界线以控制阻抗，而对于多层板可以考虑使用阵列线、共面线、差分线等方式控制阻抗。
3. 线宽和间距的选择：根据所需的阻抗值和PCB的板厚，可以通过一些公式来选择合适的线宽和间距。
常用的公式有美国电气工程协会（IEEE）和Roger Ghirardi等提出的公式。
4.主要参数计算：对于常用的阻抗控制线如微带线、分界线和差分线，可以根据它们的几何特性和材料参数计算出所需的阻抗。
例如对于一条微带线，阻抗可以根据线宽、线距、介电常数等参数，使用公式计算得出。
5.仿真工具：使用仿真工具对阻抗进行验证也是一种常用的方法。
通过在仿真软件中建立PCB的模型，可以模拟信号在PCB中的传输情况，从而验证设计所得阻抗的准确性。
6.实际布局：在进行实际布局时，要确保实际线宽和间距与设计要求相符。
可以使用追踪宽度测量工具来检查PCB上的线宽，并使用追踪间距工具来检查线间距。
此外，还要注意信号线和地线的排列，以尽可能减小信号线的距离地线的距离。
通过合理的PCB阻抗设计，可以使得信号在PCB上得到稳定传输，减少信号衰减，提高系统的性能和可靠性。
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PCB的阻抗设计
1、阻抗的定义:
在某一频率下，电子器件传输信号线中，相对某一参考层，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，它是电阻抗，电感抗，电容抗……的一个矢量总和。
当信号在PCB导线中传输时，若导线的长度接近信号波长的1/7，此时的导线便成为信号传输线，一般信号传输线均需做阻抗控制。
PCB制作时，依客户要求决定是否需管控阻抗，若客户要求某一线宽需做阻抗控制，生产时则需管控该线宽的阻抗。
当信号在PCB上传输时，PCB板的特性阻抗必须与头尾元件的电子阻抗相匹配，一但阻抗值超出公差，所传出的信号能量将出现反射、散射、衰减或延误等现象，从而导致信号不完整、信号失真。
2、计算阻抗的工具：
目前大部分人都用Polar软件：Polar Si8000、Si9000等。
常用的软件阻抗模型主要有三种: （1）特性阻抗，也叫单端阻抗；（2）差分阻抗，也叫差动阻抗；（3）共面阻抗，也叫共面波导阻抗，主要应用于双面板阻抗设计当中。
选择共面阻抗设计的原因是：双面板板厚决定了阻抗线距离，下面的参考面比较远，信号非常弱，必须选择距离较近的参考面，于是就产生了共面阻抗的设计。
3、安装软件Polar Si9000，然后打开Polar Si9000软件。
熟悉一下常用的几个阻抗模型：
（1）下图是外层特性阻抗模型（也叫单端阻抗模型）：（2）下图是外层差分阻抗模型：
（3）内层差分阻抗模型常用以下三种：
下面是共面的常用模型：
（4）下图是外层共面单端阻抗模型：
（5）下图是外层共面差分阻抗模型：
4、怎样来计算阻抗？
各种PP及其组合的厚度，介电常数详见PP规格表，铜厚规则按下图的要求。
阻焊的厚度，在金百泽公司统一按10um，即0.4mil；W1、W2的规则按上面要求；当基铜<=0.5OZ时，W2=W-0.5mil；当基铜=1OZ时，W2=W-1mil；W指原线宽。
下面讲一个12层板，板厚1.8MM的例子：
这个板信号层比较多，但是3,5层和8，10是对称的。
左边是指阻抗线所在信号层；右边是参考层，参考层是电源层或者地层。
L1是参考L2，L12参考L11层。
（1）首先计算外层阻抗：
由此可见外层单端线宽5.2mil满足50欧姆。
在上图中：H1是L1到L2层介质厚度；Er1是介质的介电常数；W2是上线宽；W1是下线宽；T1是指外层成品铜
厚；C1、C2是绿油厚度；CEr是指绿油的介电常数；Z0是计算出来的阻抗值；Calculate是计算按钮。
在上图中：差分阻抗计算中，S1代表差分线间距；
（2）下面讲内层阻抗计算：
下面解释各个参数：
对应L3层阻抗，L3层阻抗线是面朝下的，故W2是在下面；如何判断H1、H2：关键是搞清楚阻抗线面朝向，对应上正确的模型（查PP规格表）。
一个PCB板有绿油、有PP、有铜箔，PP可以互相叠加，不同的PP对应不同的介电常数，当然厚度也不一样。
模型中H1是4mil，H2=7.5+0.6=8.1mil，0.6mil是L3层铜厚。
7.5mil所采用的PP是：1080+2116的组合。
得出以下的建议：
由于对称结构，所以L3,5,8,10层的阻抗是一样的，同样计算。
在软件中，计算阻抗用下图的这一选项页，即无损计算：（3）下面讲一个典型8层板阻抗：
注意：该数据表格会在下面的计算阻抗时用到。
需要注意：计算内层阻抗时，L3、L4与L6所采用的区别。
其中L6层阻抗计算模型是临近层参考的，与上面12层板那个一样。
计算L3,L4层阻抗时，采用的模型是：隔层参考的其中一个，所采用是1B2A模型。
其他阻抗与刚那个12层板一样。
现重点讲一下L3,L4层阻抗怎么计算（所用模型如下图所示）：参数大小的设置，如上图所示：H1=6.5mil；H2=22.44+0.6+0.6=23.64mil ；H3=6.5mil ；
按计算L4层阻抗，对应上去就很明白了。
L4层线路面朝上，而L3个层线路面朝下面。
L3和L4是对称的，计算其中一个就好啦。
L3、L4层均是参考2、5层。
另外，设计阻抗线时需注意以下事项：
（a）差分线间距尽量保持一致(平行且等距) ；
（b）注意：阻抗线屏蔽层的完整性；
（c）结构需注意：相邻信号层间介质厚度尽量要大一些，并
避免平行走线；
（d）GND和Power层之间尽量靠近；
（e）设计阻抗线宽时，单端阻抗线与差分阻抗的线宽要区分开，分三个数，不同的线宽度就好了。
例如：5.1MIL、4.9MIL、5.0；
这一点很重要，很多客户在同一层设计阻抗，单端50欧姆，差分100欧姆，90欧姆所采用的线宽均为5MIL，这是不可取的。
板厂CAM工程师在CAM软件中是通过查找线宽D码来找到阻抗线位置的，如果都是5mil，很难区分，必须提供图片说明，非常麻烦。
截图说明阻抗线位置也是一种方法，此方法老套，不可取。