PCB板的特性阻抗與特性阻抗控制
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微帶線結(jié)構(gòu)的特性阻抗Z0計(jì)算公式：Z0 = 87/r +1.41 ln5.98H / （0.8W+T）
其中：εr －介電常數(shù) H－介質(zhì)厚度 W－導(dǎo)線寬度 T－導(dǎo)線厚度
板材的 εr 越低，越容易提高PCB線路的Z0 值，而與高速 元件的輸出阻抗值匹配。
1、 特性阻抗Z0與板材的εr成反比
Z0 隨著介質(zhì)厚度的增加而增大。因此，對(duì)Z0 嚴(yán)格的高頻 線路來(lái)說(shuō)，對(duì)覆銅板基材的介質(zhì)厚度的誤差，提出了嚴(yán)格的 要求。通常，介質(zhì)厚度變化不得超過(guò)10％。
2、 介質(zhì)厚度對(duì)特性阻抗Z0的影響
隨著走線密度的增加，介質(zhì)厚度的增加會(huì)引起電磁干擾 的增加。因此，高頻線路和高速數(shù)字線路的信號(hào)傳輸線，隨 著導(dǎo)體布線密度的增加，應(yīng)減小介質(zhì)厚度，以消除或降低電 磁干擾所帶來(lái)的雜信或串?dāng)_問(wèn)題、或大力降低εr ，選用低εr 基材。
根據(jù)微帶線結(jié)構(gòu)的特性阻抗Z0 計(jì)算公式：Z0 = 87/r +1.41 ln5.98H / （0.8W+T）
銅箔厚度（T）是影響Z0的一個(gè)重要因素，導(dǎo)線厚度越 大，其Z0越小。但其變化范圍相對(duì)較小。
3、 銅箔厚度對(duì)特性阻抗Z0的影響
越薄的銅箔厚度，可得到較高的Z0 值，但其厚度變化對(duì) Z0 貢獻(xiàn)不大。
采用薄銅箔對(duì)Z0 的貢獻(xiàn)，還不如說(shuō)是由于薄銅箔對(duì)制造 精細(xì)導(dǎo)線，來(lái)提高或控制Z0 而作出貢獻(xiàn)更為確切。
根據(jù)公式：
Z0 = 87/r +1.41 ln5.98H / （0.8W+T）
線寬W越小，Z0越大；減少導(dǎo)線寬度可提高特性阻抗。
線寬變化比線厚變化對(duì)Z0的影響明顯得多。
4、 導(dǎo)線寬度對(duì)特性阻抗Z0的影響
Z0 隨著線寬W變窄而迅速增加，因此，要控制Z0 ，必須嚴(yán) 格控制線寬。目前，大多數(shù)高頻線路和高速數(shù)字線路的信號(hào)傳輸線寬 W為0.10或0.13mm。傳統(tǒng)上，線寬控制偏差為±20％。對(duì)非傳輸線的常規(guī)電 子產(chǎn)品的PCB導(dǎo)線（導(dǎo)線長(zhǎng) 《 信號(hào)波長(zhǎng)的1/7）可滿足要 求，但對(duì)有Z0 控制的信號(hào)傳輸線，PCB導(dǎo)線寬度偏差±20％， 已不能滿足要求。因?yàn)?，此時(shí)的Z0 誤差已超過(guò)±10%。
舉例如下：
某PCB微帶線寬度為100μm，線厚為20μm，介質(zhì)厚度為100μm，假設(shè)成品 PCB銅厚度均勻不變，問(wèn)線寬變化±20%，Z0 能否符合±10%以內(nèi)？
解：根據(jù)公式
Z0 = 87/r +1.41 ln5.98H / （0.8W+T）
代入：線寬W0 ＝ 100μm， W1 ＝ 80μm， W2 ＝ 120μm，線厚T＝20μm，介 質(zhì)厚度H＝100μm，則：Z01 /Z02 =1.20
所以，Z0 剛好±10%，不能達(dá)到《±10%。
要達(dá)到特性阻抗Z0 《±10%，導(dǎo)線寬偏差必須進(jìn)一步縮小， 必須遠(yuǎn)小于±20%才行。
同理，要控制Z0 ≤5％，導(dǎo)線寬公差必須控制≤±10%。
因此，我們就不難理解，為什么聚四氟乙烯PCB和某些 FR-4PCB，要求線寬±0.02mm，其原因就是要控制特性阻抗 Z0值。
評(píng)論