PCB的層壓介紹與阻抗計算

曾經(jīng)的LowHuang在PCB設(shè)計入門時，總是聽身邊的攻城獅講，高頻電路設(shè)計有多么復(fù)雜，要走蛇形走線，要阻抗計算.....說得讓人有點聽不懂，于是LowHuang覺得這人NB，心想總有一天我也要這么NB，然后去忽悠下對坐我對面拉線那個妹子。

作為一個PCB Layout的攻城獅，有必要對PCB制造有所了解，不僅僅只是知道生成GERBER文件，然后丟給PCB板廠。今天LowHuang來聊一聊PCB的疊層結(jié)設(shè)計與阻抗計算。

一，PCB的層壓介紹。

對于一般的入門級的攻城獅而言，通常只了解和關(guān)注他在畫板時所用到的電氣層，如，Top,Bottom,POWER,GND,SIG，其并沒有太關(guān)注層壓結(jié)構(gòu)。對于一個雙面板而言，通常是沒有完整的參考平面，因此也做不了阻抗，故并沒有過多關(guān)注雙面板的層壓結(jié)構(gòu)，通常對于4層以上的PCB我們會有阻抗的要求，我要去關(guān)注層壓結(jié)構(gòu)，如果一味的畫好板子，丟給工廠的CAM工程師去調(diào)阻抗，當(dāng)你的設(shè)計偏離太多的時候，CAM工程師恐怕心里會說“MMP”了。如果要自己預(yù)先設(shè)計好阻抗，這個就得知道PCB的層壓結(jié)構(gòu)了，如下圖，對應(yīng)的是一個4層板的完整的疊層結(jié)構(gòu)

圖1

二、層壓結(jié)構(gòu)的選擇

我們通常在設(shè)計PCB之前，我們首先要確定幾個參數(shù)

1，板厚：對于面積比較小的PCB，板子的厚度并不是那么嚴(yán)格，但是對于面積比較大的PCB板而言，如果板子太薄，在過爐和過波峰焊時，容易使板子變形，中間凹下去。因此我們在選擇板子厚度時，理應(yīng)考慮這個問題；

在決定了做多厚的板子之后，我們就得去選PP片和芯板的型號，因為不同型號的PP片和芯板壓出來的厚度不一樣的，常用的PP片厚度如下

1080 厚度 0.075MM?

3313 厚度 0.09MM?

2116 厚度 0.115MM?

2116H 厚度 0.12MM?

7628 厚度 0.175MM?

7628H 厚度 0.18MM

因廠家而異，故我們需要找板廠要疊層的參數(shù)。

2，電氣層順序選擇：這里說的電氣層就是指我們通常說的，TOP.BOTTOM,POWER,GND這些；對于很多攻城獅而言，有些人沒有思考過這個問題，直接把板廠的現(xiàn)在的層壓結(jié)構(gòu)拿來用。在我們做設(shè)計時候，要根據(jù)結(jié)構(gòu)工程師給的空間結(jié)構(gòu)，考慮關(guān)鍵器件應(yīng)該放在那一層。例如如果我們選擇將CPU和DDR關(guān)鍵信號在頂層，DDR的參考平面最好是GND層，那我們的層的順序應(yīng)該是TOP,GND,POWER,BOTTOM.反之，如果我們將CPU和DDR關(guān)鍵信號在底層，層的順序應(yīng)該是TOP,POWER，GND,BOTTOM.總之這個順序是要LAYOUT工程師決定，而不是由板廠決定。

三、阻抗計算

選好的層疊結(jié)構(gòu)之后，我們就要根據(jù)我們的關(guān)鍵信號的所需要的阻抗來計算線寬和線距。在這里L(fēng)owHuang分別介紹兩個工具，分別是Allegro中的計算工具和Si9000。

還是以四層板為例：我們首先找到我們選的層壓結(jié)構(gòu)的參數(shù)，主要用到以下幾個參數(shù)：

1，介質(zhì)厚度：這里就是PP片或芯片的厚度

2，介電常數(shù)：這里就是指PP片/芯片/阻焊油

常用的幾個PP片的參數(shù)如下：

圖2

3，阻焊油的厚度：這里主要指PCB板表層綠油的厚度，走線的上蓋的綠油和沒有走線的地方的綠油厚度是不一樣的。

下面我們嘉立創(chuàng) 4層板7628的層壓結(jié)構(gòu)為例，層壓結(jié)構(gòu)如下

圖3

4，我們先試用Allegro自帶的計算軟件計算下TOP層50OHM的單端阻抗所需要的線寬

打開 Cadence?PCB Editor

Analyze->Transmission Line?Calculators

圖4

我們對照圖2和圖3，填上圖中4、5、6所需要參數(shù) 點Calculate

這里說下，參數(shù)2,長度對阻抗沒有影響，我們可以不填

圖5

這里可以看到當(dāng)線寬為5時，Z0=81.677977OHMS，我們將線寬改大，直到ZO接近50OHMS

圖6

當(dāng)線寬為14.7時，這時ZO已經(jīng)接近50OMHS了，因此14.7就是我們需要的目標(biāo)線寬

總結(jié)：Allegro中沒有考慮阻焊油和梯形線寬（W1,W2下面介紹）的影響，主要是因為這些因素的影響不是特別大。

5，我們再用Si9000來計算下

打開SI9000軟件，這個軟件是PCB廠家用得比較多的，因此有一定的參考意義

圖7

右邊我們同樣對照圖2和圖3填入?yún)?shù)，其中C1,C2,CEr阻焊油的參數(shù)，W1是客戶線寬，我們可以找廠家提供，在嘉立創(chuàng)網(wǎng)站上，LowHuang找到如下的信息

圖8

輸入后點計算

我們可以看到50OHM的阻抗是13.96與allegro計算出的14.7有一點差別，這個主要是軟件的差異，差別不足1MILS，這個我們可以認(rèn)為沒有影響。

好了，就醬！關(guān)于PCB的疊層結(jié)構(gòu)和阻抗計算 LowHuang就講這么多。

審核編輯：湯梓紅