随着半导体技术和深压微米工艺的不断发展和PCB信号切换速度不断增长,IC的开关速度目前已经从几十MHz增加到几百MHz,甚至达到几GHz。那么作为信号载体的PCB板在设计上就需要考虑和控制PCB迹线的阻抗。相应于现代数字电路较短的信号传输时间和较高的时钟速率,PCB迹线不再是简单的连接,而是传输线。PCB阻抗分为3大类:特性阻抗,差分阻抗,共面阻抗。那作为电路板设计的一个重要指标之一的特性阻抗,需要考虑些什么问题呢? 在高频电路的PCB设计中,必须考虑导线的特性阻抗和器件或信号所要求的特性阻抗是否一致,是否匹配。这就涉及到两个概念:阻抗控制与阻抗匹配,那么下面我谈下个人对阻抗控制和叠层设计的问题的看法。
说到阻抗控制,那么我们先来认识一下什么是阻抗控制。阻抗控制(eImpedance Controling),线路板中的导体中会有各种信号的传递,为提高其传输速率而必须提高其频率,线路本身若因蚀刻,叠层厚度,导线宽度等不同因素,将会造成阻抗值的变化,使其信号失真。故在高速线路板上的导体,其阻抗值应控制在某一范围之内,称为“阻抗控制”。PCB 迹线的阻抗将由其感应和电容性电感、电阻和电导系数确定。影响PCB走线的阻抗的因素主要有: 铜线的宽度、铜线的厚度、介质的介电常数、介质的厚度、焊盘的厚度、地线的路径、走线周边的走线等。在实际情况下,PCB 传输线路通常由一个导线迹线、一个或多个参考层和绝缘材质组成。迹线和板层构成了控制阻抗。PCB 将常常采用多层结构,并且控制阻抗也可以采用各种方式来构建。但是,无论使用什么方式,阻抗值都将由其物理结构和绝缘材料的电子特性决定:
1)信号迹线的宽度和厚度
2)迹线两侧的内核或预填材质的高度
3)迹线和板层的配置
4)内核和预填材质的绝缘常数
为了更好的去了解PCB的阻抗控制,我们首先来了解PCB的结构:通常多层板最外面的两个介质层都是浸润层,在这两层的外面使用单独的铜箔层作为外层铜箔。外层铜箔和内层铜箔的原始厚度规格,一般有0.5OZ、1OZ、2OZ(1OZ约为35um或1.4mil)三种,但经过一系列表面处理后,外层铜箔的最终厚度一般会增加将近1OZ左右。内层铜箔即为芯板两面的包铜,其最终厚度与原始厚度相差很小。PCB板的最外层是阻焊层,阻焊层的厚度一般不太容易准确确定,在表面无铜箔的区域比有铜箔的区域要稍厚一些,但因为部分板面区域缺少了铜箔的厚度,所以有铜箔的走线等还是显得更突出,当我们用手指触摸印制板表面时就能感觉到。