什么是阻抗

阻抗是指在具有電阻、電感和電容的電路里，對(duì)交流電所起的阻礙作用。阻抗常用Z表示，單位是歐，是一個(gè)復(fù)數(shù)，實(shí)部稱為電阻，虛部稱為電抗，其中電容在電路中對(duì)交流電所起的阻礙作用稱為容抗 ,電感在電路中對(duì)交流電所起的阻礙作用稱為感抗，電容和電感在電路中對(duì)交流電引起的阻礙作用總稱為電抗。

阻抗控制

阻抗控制，為提高線路板導(dǎo)體中的各種信號(hào)傳遞的傳輸速率，就必須提高其頻率，線路本身若因蝕刻，疊層厚度，導(dǎo)線寬度等不同因素，將會(huì)造成阻抗值得變化，使其信號(hào)失真。故在高速線路板上的導(dǎo)體，其阻抗值應(yīng)控制在某一范圍之內(nèi)，稱為“阻抗控制”。

線路板的阻抗控制

PCB 跡線的阻抗將由其感應(yīng)和電容性電感、電阻和電導(dǎo)系數(shù)確定。影響PCB走線的阻抗的因素主要有: 銅線的寬度、銅線的厚度、介質(zhì)的介電常數(shù)、介質(zhì)的厚度、焊盤(pán)的厚度、地線的路徑、走線周邊的走線等。PCB 阻抗的范圍是 25 至120 歐姆。
在實(shí)際情況下，PCB 傳輸線路通常由一個(gè)導(dǎo)線跡線、一個(gè)或多個(gè)參考層和絕緣材質(zhì)組成。跡線和板層構(gòu)成了控制阻抗。PCB 將常常采用多層結(jié)構(gòu)，并且控制阻抗也可以采用各種方式來(lái)構(gòu)建。但是，無(wú)論使用什么方式，阻抗值都將由其物理結(jié)構(gòu)和絕緣材料的電子特性決定：

• 信號(hào)跡線的寬度和厚度
• 跡線兩側(cè)的內(nèi)核或預(yù)填材質(zhì)的高度
• 跡線和板層的配置
• 內(nèi)核和預(yù)填材質(zhì)的絕緣常數(shù)

PCB傳輸線主要有兩種形式：微帶線（Microstrip）與帶狀線（Stripline）。

微帶線（Microstrip）

微帶線是一根帶狀導(dǎo)線，指只有一邊存在參考平面的傳輸線，頂部和側(cè)邊都曝置于空氣中（也可上敷涂覆層），位于絕緣常數(shù) Er 線路板的表面之上，以電源或接地層為參考。如下圖所示：

注意：在實(shí)際的PCB制造中，板廠通常會(huì)在PCB板的表面涂覆一層綠油，因此在實(shí)際的阻抗計(jì)算中，通常對(duì)于表面微帶線采用下圖所示的模型進(jìn)行計(jì)算：

帶狀線（Stripline）

帶狀線是置于兩個(gè)參考平面之間的帶狀導(dǎo)線，如下圖所示，H1和H2代表的電介質(zhì)的介電常數(shù)可以不同。

上述兩個(gè)例子只是微帶線和帶狀線的一個(gè)典型示范，具體的微帶線和帶狀線有很多種，如覆膜微帶線等，都是跟具體的PCB的疊層結(jié)構(gòu)相關(guān)。

實(shí)踐中的線路板阻抗控制

根據(jù)實(shí)踐證明，不同的印刷板廠PCB線路板的參數(shù)會(huì)有或多或少的變化差異，經(jīng)過(guò)整理，得出以下結(jié)論：

表層銅箔

可以使用的表層銅箔材料厚度有三種：35um、18um和12um。加工完成后的最終厚度大約是44um、50um和67um。芯板：我們常用的板材是S1141A，標(biāo)準(zhǔn)的FR-4，兩面包銅，可選用的規(guī)格可與廠家聯(lián)系確定。

半固化片

規(guī)格（原始厚度）有7628（0.185mm），2116（0.105mm），1080（0.075mm），3313（0.095mm ），實(shí)際壓制完成后的厚度通常會(huì)比原始值小10-15um左右。同一個(gè)浸潤(rùn)層最多可以使用3個(gè)半固化片，而且3個(gè)半固化片的厚度不能都相同，最少可以只用一個(gè)半固化片，但有的廠家要求必須至少使用兩個(gè)。如果半固化片的厚度不夠，可以把芯板兩面的銅箔蝕刻掉，再在兩面用半固化片粘連，這樣可以實(shí)現(xiàn)較厚的浸潤(rùn)層。

阻焊層

銅箔上面的阻焊層厚度C2≈8-10um，表面無(wú)銅箔區(qū)域的阻焊層厚度C1根據(jù)表面銅厚的不同而不同，當(dāng)表面銅厚為45um時(shí)C1≈13-15um，當(dāng)表面銅厚為70um時(shí)C1≈17-18um。

導(dǎo)線橫截面

一直以為導(dǎo)線的橫截面是一個(gè)矩形，但實(shí)際上卻是一個(gè)梯形。以TOP層為例，當(dāng)銅箔厚度為1OZ時(shí)，梯形的上底邊比下底邊短1MIL。比如線寬5MIL，那么其上底邊約4MIL，下底邊5MIL。
板材的介電常數(shù)與其所用的樹(shù)脂材料有關(guān)，F(xiàn)R4板材其介電常數(shù)為4.2—4.7，并且隨著頻率的增加會(huì)減小。
介質(zhì)損耗因數(shù)：電介質(zhì)材料在交變電場(chǎng)作用下，由于發(fā)熱而消耗的能量稱之謂介質(zhì)損耗，通常以介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ表示。S1141A的典型值為0.015。能確保加工的最小線寬和線距：4mil/4mil。

阻抗計(jì)算

由于阻焊層的厚度不易控制，所以也可以根據(jù)板廠的建議，使用一個(gè)近似的辦法：在Surface模型計(jì)算的結(jié)果上減去一個(gè)特定的值，建議差分阻抗減去8歐姆，單端阻抗減去2歐姆。