在線寬規(guī)則設(shè)置中提到過(guò)阻抗線的概念，那么什么是阻抗線呢？我們?nèi)绾沃涝O(shè)計(jì)當(dāng)中的信號(hào)走線線寬與間距呢？這就涉及阻抗的計(jì)算。

　　阻抗計(jì)算的必要性

　　當(dāng)電壓、電流在傳輸線中傳播時(shí)，特性阻抗不一致會(huì)造成所謂的信號(hào)反射現(xiàn)象等。在信號(hào)完整性領(lǐng)域里，反射、串?dāng)_、電源平面切割等問(wèn)題都可以歸為阻抗不連續(xù)問(wèn)題，因此匹配的重要性在此展現(xiàn)出來(lái)。

　　常見(jiàn)的阻抗模型

　　一般利用 Polar SI9000 阻抗計(jì)算工具進(jìn)行阻抗計(jì)算。在計(jì)算之前需要認(rèn)識(shí)常見(jiàn)的阻抗模型。常見(jiàn)的阻抗模型有特性阻抗模型、差分阻抗模型、共面性阻抗模型。如圖 10-50 所示，阻抗模型又細(xì)分為如下幾類。

　?。?）外層特性阻抗模型。

　　（2）內(nèi)層特性阻抗模型。

　?。?）外層差分阻抗模型。

　?。?）內(nèi)層差分阻抗模型。

　?。?）共面性阻抗模型。

　?、?外層共面特性阻抗模型。

　?、?內(nèi)層共面特性阻抗模型。

　　③ 外層共面差分阻抗模型。

　?、?內(nèi)層共面差分阻抗模型。

　　圖 10-50  常見(jiàn)的阻抗模型

　　阻抗計(jì)算詳解

　　1．阻抗計(jì)算的必要條件

　　阻抗計(jì)算的必要條件有板厚、層數(shù)（信號(hào)層數(shù)、電源層數(shù)）、板材、表面工藝、阻抗值、阻抗公差、銅厚。

　　2．影響阻抗的因素

　　影響阻抗的因素有介質(zhì)厚度、介電常數(shù)、銅厚、線寬、線距、阻焊厚度，如圖 10-51 所示。

　　圖 10-51  影響阻抗的因素

　　在圖 10-51 中，H1 為介質(zhì)厚度（PP 片或者板材，不包括銅厚）；Er1 為 PP 片或者板材的介電常數(shù)，多種 PP 片或者板材壓合在一起時(shí)取平均值；W1 為阻抗線下線寬；W2 為阻抗線上線寬；T1 為成品銅厚；CEr 為綠油的介電常數(shù)（3.3）；C1 為基材的綠油厚度（一般取 0.8mil）；C2 為銅皮或者走線上的綠油厚度（一般取 0.5mil）。

　　阻抗計(jì)算方法

　　下面通過(guò)一個(gè)實(shí)例來(lái)演示阻抗計(jì)算的方法及步驟。

　　普通的 FR-4 板材一般有生益、建滔、聯(lián)茂等板材供應(yīng)商。生益 FR-4 及同等材料芯板可以根據(jù)板厚來(lái)劃分。表 10-5 列出了常見(jiàn)生益 FR-4 芯板厚度參數(shù)及介電常數(shù)。

　　半固化片（即 PP 片）一般包括 106、1080、2116、7628 等。

　　表 10-6  常見(jiàn) PP 片厚度參數(shù)及介電常數(shù)

　　對(duì)于 Rogers 板材，Rogers4350 0.1mm 板材介電常數(shù)為 3.36，其他 Rogers4350 板材介電常數(shù)為 3.48；Rogers4003 板材介電常數(shù)為 3.38；Rogers4403 半固化片介電常數(shù)為 3.17。

　　我們知道，每個(gè)多層板都是由芯板和半固化片通過(guò)壓合而成的。當(dāng)計(jì)算層疊結(jié)構(gòu)時(shí)，通常需要把芯板和 PP 片疊在一起，組成板子的厚度。例如，一塊芯板和兩張 PP 片疊加“芯板+ 106+2116”，那么它的理論厚度就是 0.25mm+0.0513mm+0.1185mm=0.4198mm。但需注意以下幾點(diǎn)。

　?、僖话悴辉试S 4 張或 4 張以上 PP 片疊放在一起，因?yàn)閴汉蠒r(shí)容易產(chǎn)生滑板現(xiàn)象。

　?、?628 的 PP 片一般不允許放在外層，因?yàn)?7628 表面比較粗糙，會(huì)影響板子的外觀。

　?、? 張 1080 也不允許放在外層，因?yàn)閴汉蠒r(shí)也容易產(chǎn)生滑板現(xiàn)象。

　?、苄景逡话氵x擇大于 0.11mm 的，6 層的一般兩塊芯板，8 層的一般 3 塊芯板。

　　由于銅厚的原因，理論厚度和實(shí)測(cè)厚度有一定的差距，具體可以參考圖 10-52。

　　圖 10-52  理論厚度與實(shí)測(cè)厚度

　　從圖 10-52 中可以看出，理論厚度和實(shí)測(cè)厚度存在銅厚的差額，可以總結(jié)出如下公式。

　　實(shí)測(cè)厚度=理論厚度 - 銅厚 1(1-X1)- 銅厚 2(1-X2)

　　式中，X1、X2 表示殘銅率，表層取 1，光板取 0。電源地平面殘銅率一般取值為 70%，信號(hào)層殘銅率一般取值為 23%。

　　殘銅率是指板平面上有銅的面積和整板面積之比。例如，沒(méi)有加工的原材料殘銅率就是 100%，蝕刻成光板時(shí)就是 0%。

　　“OZ”表示銅厚單位“盎司”，1OZ=0.035mm。

　　阻抗計(jì)算實(shí)例

　?。?）層疊要求：板厚為 1.2mm，板材為 FR-4，層數(shù)為 6 層，內(nèi)層銅厚為 1OZ，表層銅厚為 0.5OZ。

　　（2）根據(jù)芯板和 PP 片常見(jiàn)厚度參數(shù)組合，并根據(jù)層疊厚度要求，可以堆疊出如圖 10-53 所示的層疊結(jié)構(gòu)。

　　圖 10-53  6 層層疊結(jié)構(gòu)圖

　　圖 10-53 中標(biāo)出的 PP 片厚度為實(shí)際厚度，計(jì)算公式如下。

　　PP（3313）[實(shí)測(cè)值]=0.1034mm[理論值]-0.035/2mm×（1-1）[表層銅厚為 0.5OZ，殘銅率取 1]-0.035mm×（1-0.7）[內(nèi)層銅厚為 1OZ，殘銅率取 70%]=0.0929mm=3.65mil

　　PP（7628×3）[實(shí)測(cè)值]=0.1951mm×3[理論值]-0.035mm×（1-0.23）[內(nèi)層銅厚為 1OZ，相鄰信號(hào)層殘銅率取 0.23%]-0.035mm×（1-0.23）[內(nèi)層銅厚為 1OZ，相鄰信號(hào)層殘銅率取 0.23%]= 0.5314mm=20.92mil

　　板子總厚度

　　=0.5OZ+3.65mm+1OZ+5.1mm+1OZ+20.92mm+1OZ+5.1mm+1OZ+3.65mm+0 .5OZ= 1.15mm

　?。?）打開(kāi) Polar SI9000 軟件，選擇需要計(jì)算阻抗的阻抗模型，計(jì)算表層 50 歐姆單線阻抗線寬。如圖 10-54 所示，根據(jù)壓合層疊數(shù)據(jù)，填入相關(guān)已知參數(shù)，計(jì)算得出走線線寬 W0=6.8mil。這個(gè)是計(jì)算出比較粗的走線，有時(shí)候會(huì)基于走線難度準(zhǔn)許阻抗存在一定的誤差，所以可以根據(jù)計(jì)算得出的走線線寬來(lái)稍微調(diào)整。例如，調(diào)整計(jì)算參數(shù)走線線寬 5.5mil 時(shí)，計(jì)算阻抗 Zo=54.82，如圖 10-55 所示。

　　圖 10-54  根據(jù)阻抗計(jì)算線寬

　　圖 10-55  根據(jù)線寬微調(diào)阻抗值

　?。?）需計(jì)算內(nèi)層（以第 3 層為例）90 歐姆差分阻抗走線線寬與間距，如圖 10-56 所示，選擇內(nèi)層差分阻抗模型，根據(jù)壓合層疊數(shù)據(jù)，填入已知參數(shù)，然后可以通過(guò)阻抗要求，調(diào)整線寬和間距，分別計(jì)算，考慮到板卡設(shè)計(jì)難度，微調(diào)阻抗在準(zhǔn)許范圍之內(nèi)即可。

　　圖 10-56  90 歐姆差分阻抗計(jì)算結(jié)果

　?。?）最終計(jì)算結(jié)果如表 10-7 所示。