1、阻抗計(jì)算的必要性

當(dāng)電壓電流在傳輸線傳播的時(shí)候,如果特性阻抗不一致就會(huì)造成所謂的信號(hào)反射現(xiàn)象等等。在信號(hào)完整性領(lǐng)域里,比如反射,串?dāng)_,電源平面切割等問(wèn)題都可以歸類為阻抗不連續(xù)問(wèn)題,因此匹配的重要性在此展現(xiàn)出來(lái)。

2、常見(jiàn)阻抗模型

我們一般利用Polar.SI9000阻抗計(jì)算工具進(jìn)行阻抗計(jì)算，在計(jì)算之前我們需要認(rèn)識(shí)常見(jiàn)的阻抗計(jì)算模型，常見(jiàn)的阻抗模型有特性阻抗、差分阻抗、共面性阻抗。如圖3-6所示，阻抗模型又細(xì)分為如下幾類：

1）外層特性阻抗模型

2）內(nèi)層特性阻抗模型

3）外層差分阻抗模型

4）內(nèi)層差分阻抗模型

5）共面性阻抗模型:

(A)外層共面特性阻抗

(B)內(nèi)層共面特性阻抗

(C)外層共面差分阻抗

(D)內(nèi)層共面差分阻抗.

圖3-6 常見(jiàn)阻抗模型

3、阻抗的計(jì)算

1）阻抗計(jì)算必要條件

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

介質(zhì)厚度、介電常數(shù)、銅厚、線寬、線距、阻焊厚度，如圖3-7所示。

圖3-7 影響阻抗的因素

其中：

H1：介質(zhì)的厚度（PP片或者板材，不包括銅厚）

Er1：PP片或者板材的介電常數(shù)，多種PP片或板材壓合一起時(shí)取平均值

W1：阻抗線下線寬 W2：阻抗線上線寬

T1：成品銅厚 Cer：綠油的介電常數(shù)（3.3）

C1：基材的綠油厚度（一般按照0.8mil）

C2：銅皮或者走線上的綠油厚度（一般按照0.5mil）

Zo：計(jì)算出來(lái)的阻抗理論值

提示小助手：

一般來(lái)說(shuō)上下線寬存在如下關(guān)系，如表3-3所示，上下線寬關(guān)系表。

表3-3 上下線寬的關(guān)系對(duì)比圖

3）計(jì)算方法

我們通過(guò)一個(gè)實(shí)例來(lái)演示下阻抗計(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，如表3-4所示，列出了詳細(xì)的厚度參數(shù)及介電常數(shù)。

表3-4 常見(jiàn)生益FR-4芯板厚度及介電常數(shù)

半固化片(即PP片)，一般包括:106，1080，2116，7628等,其厚度為:106為0.04MM，1080為0.06MM，2116為0.11MM，7628為0.19MM，如表3-5所示，列出了常見(jiàn)PP片的厚度參數(shù)及介電常數(shù)。

表3-5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)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)我們計(jì)算層疊結(jié)構(gòu)時(shí)候通常需要把芯板和PP片疊在一起，組成板子的厚度，比如一個(gè)芯板+兩張PP片疊加“芯片+106+2116”，那么他的理論厚度就是0.25mm+0.0513mm+0.1185mm=0.4198mm。但需注意以下幾點(diǎn):

1）一般不允許4張或4張以上PP疊放在一起，因?yàn)閴汉蠒r(shí)容易產(chǎn)生滑板現(xiàn)象。

2）7628的PP一般不允許放在外層,因?yàn)?628表面比較粗糙,會(huì)影響板子的外觀。

3）另外3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。

4）CORE一般選擇大于0.11mm的，六層的一般2塊芯板，8層的三塊芯板

由于銅厚的原因我們的理論厚度和實(shí)測(cè)厚度有一定的差，具體可以參考圖3-8。

圖3-8理論厚度于實(shí)測(cè)厚度

我們從圖3-7可以看出，理論厚度和實(shí)測(cè)厚度存在銅厚的差額，可以從總計(jì)如下公式：

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

其中：

1、X表示殘銅率，表層X(jué)取1，光板X取0

2、電源地平面殘銅率一般為取值70%，信號(hào)層殘銅率一般取值為23%

提示小助手：

殘銅率是指板平面上有銅的面積和整板面積之比。比如張沒(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”標(biāo)示銅厚單位“盎司”，1OZ=0.035mm

4、計(jì)算實(shí)例

1）疊層要求

板厚：1.2mm ，板材：FR4，層數(shù)：6層 銅厚：內(nèi)層1OZ 表層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)疊層厚度要求可以堆疊如下層壓結(jié)構(gòu)，如圖3-9所示。

圖3-9 6層層壓結(jié)構(gòu)圖

其中上圖標(biāo)示PP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0.5OZ，殘銅率取1]-0.035mm*（1-0.7）[內(nèi)層1OZ，殘銅率70%]=0.0929mm=3.65mil

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

板子總厚度=0.5OZ+3.65+1OZ+5.1+1OZ+20.92+1OZ+5.1+1OZ+3.65+0.5OZ=1.15MM

3）打開(kāi)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3-10，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，比如我們調(diào)整計(jì)算參數(shù)走線5.5mil時(shí)，計(jì)算阻抗Zo=54.82，如圖3-11所示計(jì)算結(jié)果。

圖3-10 根據(jù)阻抗計(jì)算線寬

圖3-11 根據(jù)線寬微調(diào)阻抗值

4）需計(jì)算內(nèi)層（以第三層為例）90歐姆差分阻抗走線線寬與間距，如圖3-12，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)難度可以微調(diào)阻抗在準(zhǔn)許范圍之內(nèi)即可。

圖3-12 90歐姆差分阻抗計(jì)算結(jié)果

表3-6 阻抗計(jì)算結(jié)果

原文標(biāo)題：關(guān)于阻抗，你不得不知道的事情

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