高速数字PCB设计中阻抗控制的9个技巧

了解阻抗控制的基本要素

PCB 中的连接线执行不止一项功能。除了电流之外，它们还在信号传输线中占有一席之地。多功能有助于最大限度地提高小尺寸和数字化的输出。

防止信号传输在 PCB 中的反射至关重要。阻抗控制、对齐和匹配阻抗可以减少电路中的传输损耗。阻抗是交流电路的一个特征。它是为交流电流提供的电阻并联回路和电源层。

多种原因会影响 PCB 设计的特性阻抗。许多错误是由有故障的传输线引起的。

特性阻抗也可能因其他原因而变化。可能的因素包括：

1.电路走线厚度。

2. Prepreg绕线路走线介电值。

3. 绝缘体厚度也有影响。

选择合适的电介质

介电常数 会极大地影响特性阻抗。有必要计算 PCB 设计的受控阻抗量。特性阻抗与介电材料的宽度成正比。绝缘介质的宽度越大，阻抗值越高。

制造商在 PCB 电路中使用电介质用于绝缘目的。基板中的一种成分 - 从大量组件材料中进行选择。流行的包括 FR-4 - 一种玻璃纤维环氧树脂层压板。它还具有阻燃性——在 PCB 过热的情况下是一种有用的特性。根据您的设计，您还可以选择灵活的 FLEX 材料。

介电常数随频率变化。选择在广泛的频率范围内具有一致、恒定值的材料。它们适用于您的 PCB 板的高频应用。

防止跨分割平面的交叉跟踪

专家建议在接地参考平面上路由高速/频率信号。始终避免在分割平面上布线走线。唯一的例外是如果您想增加受控阻抗。

跨越分割平面的交叉走线有几个不利方面。其中包括：

1. 串联电感造成的信号传输延迟。

2. 信号中断和干扰。

3. 信号完整性下降。

交叉跟踪的一种替代方法是在分割平面上使用拼接电容器。它们为电流提供了适当的返回路径。它导致电流回路面积的减小。这样，您就可以进行所需的阻抗控制。

始终保持参考地平面

我们需要将接地路径称为交流电的返回路径。大部分未被电路走线占用的区域构成了参考地平面。大面积允许大电流返回而没有明显的电压降。对于在射频级别上运行的 PCB，接地层可减少信号干扰。它还可以减少通过接地回路的干扰。

接地层对于阻抗控制也是必不可少的。此外，它还可以防止 2 个并排的电路迹线之间的串扰。它还可以防止电路状态变化期间出现明显的电压降。具有高阻抗的电源或接地走线会导致接地反弹。

它会破坏其他电路组件的功能。参考地的大面积具有较小的阻抗。因此，电流脉冲造成的伤害较小。

了解预浸限制

预浸料 （pre-impregnated 的缩写）用于熔合蚀刻的磁芯。它的另一个应用——将铜线连接到底座上。增强部件可以具有几种构成材料。通常，它通常由玻璃纤维和环氧基树脂材料组成。在高温下压制两层可产生所需的厚度。

专家建议在堆芯过程中最多使用三种不同类型的预浸料。每层应小于 10 毫米，以避免厚度变化。

避免使用树脂含量低的预浸料。它们可能会在层压过程中导致树脂缺乏。板在设计上应该是对称的。为了更好地控制阻抗，介电常数均匀性是必要的。更大的一致性也是可取的。

此外，预浸料熔融材料的介电常数会有所不同。与原始芯材相比，它们通常有所不同。选择与铜的 CTE（热膨胀系数）相当的预浸材料。

阻抗控制走线大小

走线可用于确定高速 PCB 板的受控阻抗。使用走线尺寸计算阻抗控制。此计算所需的四个测量值是：

● H：走线高度。

● Er：介电值。

● T：证据的厚度。

● W：证据的宽度。

迹线阻抗随以下各单位的变化而变化。因此，必须事先确定这些尺寸。迹线宽度的巨大差异可能导致连接错误。在极端情况下，它可能会破坏 PCB。更好地避免标准化的迹线尺寸。根据您的 PCB 设计，它们可能工作也可能不工作。

使用安全阻抗计算器

计算阻抗水平在几个阶段至关重要。在 PCB 设计阶段尤其需要。在您的 PCB 设计中找到受控阻抗的值。之后，您可以决定更改或可接受的容忍度。

主要问题是计算本身。阻抗值方程涉及一系列累人的复杂方程。除了尺寸之外，您还需要介电常数的值。您需要知道准确的对数值、函数值等等。也不可能一直在附近有科学计算器。

现在可以使用在线计算阻抗选项。几个站点为您完成计算部分。给出迹线尺寸和介电常数值。你很快就会得到阻抗值。

一个好的PCB设计工具是必不可少的

随着技术的进步，现在有很多帮助选项可用。用于 PCB 设计的工具和软件在几十年前是闻所未闻的。有些甚至集成了用于材料成本估算的组件。在可用的几个选项中尝试并选择一个最喜欢的。

PCB 设计师在 Altium Designer、PowerPCB、ORCAD、Autodesk Eagle 中尝试他们的最爱。其他选项包括 KiCAD EDA、Solidworks PCB 等等。每个都有一些优点和缺点。购买前请考虑与您当前系统的兼容性。

执行信号完整性分析

在下订单之前运行信号完整性分析测试是有意义的。如果您自己制造 PCB，该过程也是合乎逻辑的。

在测试阶段找出可能的错误是节省成本的正确方法。它还可以防止冗余、组件材料的浪费、试验和失败。您可以找到阻抗控制水平是否与您想要的目标相匹配。向制造商建议PCB工单可接受的公差水平。

总结

我们希望您现在了解确保 PCB 板设计阻抗控制的方法。在 PCB 设计阶段考虑潜在的介电材料和走线尺寸。

防止跨分割平面的迹线交叉是一种出色的设计实践。保持参考地平面也是如此。从长远来看，这些做法是有益的。

1. 尽量避免在叠层中使用超过三种不同的预浸料。

2. 有大量可用的工具和软件。

3. 使用一切必要的东西来获得最理想的结果。

4. 下单前检查信号的完整性。

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