【PCB印制电路板】PCBS设计

1、随心编辑，值得下载拥有! =1 LOGO beikezhang YOUR COMPANY NAME IS HERE 专业I专注I精心I卓越 【PCB印制电路板】PCBS 设计 PCB Stack 设计 作者:luqilia ng日期:2010-3-2 3:13:0 字体大小：小中大 在高速数字电路设计流程中，第一步需要做的就是根据系统的复杂程度，成本因 素等相关方面决定印制电路板(PCB)的叠层结构(Stack)，而在PCB stack设计的 过程中，特征阻抗也是一个重点关注的问题。 1叠层结构的选择 电路板的叠层结构分为2层，4层，6层，8层，10层等等。目前常用的用于主 板设计的主要有4层

2、和6层，至于8层。而对于更为复杂的系统，像小面积的 Add-in Card，大型通信设备中的某一模块，像 SDH， Multi-serve Router ， 这些设备常用12层甚至是更多层。本文主要的出发点就是以较为简单的例子， 介绍PCB叠层设计中的参数问题。 1.1 4层电路板 对于4层电路板，这是市场上最常用的一种叠层结构，它的结构无外乎下面几种 方案，如图1，具体取决于哪种方案最好，主要是见布线层面的选择，参考平面 的选择以及EMC/EMI的考虑。这里把signal层放在内层有利于屏蔽辐射，便 于EMC的设计，但不利于系统的 Debug。常用的方案是04A 图1 1.2 6 层电路板

3、对于 6 层版，叠层结构的选择性较多，如图 2。 图2 最常用的叠层结构主要是 06A , 06G , 06K。06A有四层布线层，便于布线。06G 有俩个GND，这样的话Top和Bottom 层参考平面都是GND，是一种很好的 选择。对于06K，这样做，主要是3个信号层布线有点紧张，让第四层作为备 用的信号层， 最后不用的地方都铺上铜箔， 即确切的说， 该种叠层结构的 layer4 是 signal/GND 。对于其他的叠层结构，像 10 层， 18 层，这里不多介绍，下图 以便参考 。 2 特征阻抗的计算 设计完叠层结构， 具体的就要设计各个叠层的厚度了， 这里主要的切入点就是特 征阻抗，

4、电源平面和地平面的目标阻抗了。 对特征阻抗的理解能够类似于软水管， 特征阻抗类似软水管对水流的阻力， 电流 类似于水流，走线和参考平面的距离类似于软水管和地平面的距离可想象 为体当下压强方面。 2.1 影响特征阻抗因素 影响特征阻抗的因素很多，主要体当下下面几个方面： 介电质常数 ,和阻抗值成反比 Er 值愈高 , Z0 值愈低 线路层和接地层间介电层厚度 ,和阻抗值成正比 ,参考基板及 PP 之压合厚 度， 介层愈厚 , Z0 值愈高，介电层厚度类比于软水管离地平面的高度，介电 层厚度越大，表示离地平面越高， 从而导致水流变缓， 好比软水管对水的阻力变 大，从而特征阻抗变大。 线宽,和阻抗成

5、反比 线宽愈细 , Z0 值愈高，线宽越细，表示软水管截面 积变小，对水流的阻力变大，从而水利变小，特征阻抗变大。 铜厚,和阻抗值成反比 铜愈厚 , Z0 值愈低，铜厚变小，表示软水管截面 积变小，对水流的阻力变大，从而水利变小，特征阻抗变大。 = 一般来说，内层为基板铜厚 ,厂内 1OZ=1.2 mil1.4mil, 外层为基板铜箔厚度 + 镀铜厚度 差动阻抗相邻线路和线路之间的间距 ,和阻抗值成正比 Spacing 愈小 , Z0 值愈低 ，这个很好理解，间距变小，表示耦合越好，从而软水管对水流的阻 力越小，特征阻抗变小。 线路层和线路层间介电层厚度 ,和阻抗值成反比。 防焊漆厚度，和阻抗

6、值成反比绿漆愈厚，Z0值愈低,绿漆能够类比于堤坝 对水流的保护作用，绿漆越厚，堤坝越厚，表示对水流的保护作用越好，水流都 不会丢失，从而水流越大，对水流的阻碍越小，特征阻抗越低。 2.2 Microstrip单端阻抗模型 下图是表示微带线(Microstrip)的单端阻抗计算方法： Surface Microstrip 适用范围： 外层防焊前阻抗计算 参数 说明 H 外层到VCC/GND间介电质厚度 W2 阻抗线上缘线宽 W1 阻抗线下缘线宽 T1 阻抗线铜厚=基板铜厚+电镀铜厚 Coated Microstrip 适用范围： 外层防焊后阻抗计算 参数 说明 H1 外层到相邻VCC/GND间介

7、电质厚度 C1/C2 覆盖线路绿漆厚度 W2 阻抗线上缘线宽 W1 阻抗线下缘线宽 T1 阻抗线铜厚=基板铜厚+电镀铜厚 2.3 Microstrip差分阻抗模型 下图表示微带线的差分阻抗计算方法：（带状线计算方法后面章节会介绍） Edge-coupled Surface Microstrip 适用范围： 外层防焊前差动阻抗计算 参数 说明 H1 外层到VCC/GND介电质厚度 W2 阻抗线上缘线宽 W1 阻抗线下缘线宽 S1 相邻俩根阻抗线间距 T1 线铜厚=基板铜厚+电镀铜厚 Edge-coupled Coated Microstrip 适用范围： 外层防焊后差动阻抗计算 参数 说明 H1

8、 外层到相邻Vcc/GND介质厚度 C1/C2 覆盖线路绿漆厚度 W2 阻抗线上缘线宽 W1 阻抗线下缘线宽 S1 相邻俩根阻抗线间距 T1 线铜厚=基板铜厚+电镀铜厚 说明: 关于铜厚T :内层，1 oz=1.2mil1.4mil 左右，需要向PCB版厂确认， 一般取为1.4mil。外层，厚度应该为基铜的厚度+镀层厚度 关于线宽：内层0.5oz上幅=下幅-0.5mil , 1oz / 经电镀上幅=下幅- 0.8mil。外层，上幅=下幅*(85-90%) 防焊层厚度：一般最小是0.4mil。单端阻抗：防焊前后约差7 ohms,标示 下限+4mil上限+2mil。对于差动阻抗：防焊前后约差 14

9、 ohms,标示下限 +10mil 上限 +4mil 一般的PP型号和厚度是（仅供参考）：型号-resin to glass ratio-厚度 1080: 62% 2.5MIL 65% 2.7MIL 68% 3.0MIL 2116: 50% 4.1MIL 54% 4.6MIL 58% 5.0MIL 7628: 43% 7.1MIL 47% 7.5MIL 50% 7.9MIL 1056: 48% 6.0MIL 对于 Pre-Preg 推荐使用 2116 ，Core 推荐使用 7628 ，这是根据 lql-008（ 个人 编号）关于 Stackup 描述而来的，读者可参阅该篇文档关于 PCB 的细

10、节。 2.4 Strip 单端阻抗模型 这个模型可参阅图 12 。 2.5 Strip 差分阻抗模型 这个模型可参阅图 13 3阻抗计算实例说明 传输线阻抗是从电报方程推导出来 （具体能够查询微波理论 ），当电压电流在传输 线传播的时候 ,如果特性阻抗不一致所求出的电报方程的解不一致 ,就造成所谓的 反射现象等等 .在信号完整性领域里 ,比如反射 ,串扰,电源平面切割等问题都能够 归类为阻抗不连续问题 ,因此匹配的重要性在此展现出来。本节的内容能够参阅 资料 reference-0002- 阻抗计算说明 .pdf 图5 由图 5 可知，这是一个 8 层电路板的叠层结构，这就能够理解了， PP

11、表示 Prepreg PP是种介质材料，由玻璃纤维和环氧树脂组成，core其实也是PP类型 介质，只不过他俩面都覆有铜箔，而PP则没有。 那么每一层的铜箔厚度是怎么表示的呢？铜箔重量一般以 Oz 来表示。 重量的单 位10z（盎司）=28.3 g（克）。在叠层里面是这么定义的，在一平方英尺的面积上铺 一盎司的铜的厚度为10z，它和Mil对应的关系是： 图6 为了更好说明特征阻抗计算方法，在此假设板厚为 1.6mm, 也就是 64mil 左右 , 单端阻抗要求 55Ohm, 差分阻抗要求 100Ohm, 我们假设以如下的叠层来走线。 采用 Polar Si8000 计算 Top 和 Bottom 层微带线的单端阻抗为： 图7 对应的，差分阻抗的计算如图 8： 图8 为了验证覆绿漆和不覆绿漆的区别， 参照下图和图 7 的区别，能够见出， 在这里 不覆绿漆时特征阻抗比覆绿漆时增加了大约 3.5Ohm 。 图9 这也验证了绿漆越厚，特征阻抗越小的说法 （不覆盖能够表示为厚度为 0） 。 这里在举一个 6 层板的例子， 更好的说明带状线特征阻抗计算的方法。 在此假设 板厚为 1.5mm, 也就是 60mil 左右 , 单端阻抗要求 5