PCB板的特性阻抗與特性阻抗控制

四、特性阻抗ZO 與板材及制程關(guān)系

微帶線結(jié)構(gòu)的特性阻抗Z0計算公式：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Z0 嚴格的高頻 線路來說，對覆銅板基材的介質(zhì)厚度的誤差，提出了嚴格的 要求。通常，介質(zhì)厚度變化不得超過10％。

2、 介質(zhì)厚度對特性阻抗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 磁干擾所帶來的雜信或串?dāng)_問題、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的一個重要因素，導(dǎo)線厚度越 大，其Z0越小。但其變化范圍相對較小。

3、 銅箔厚度對特性阻抗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 Z0 貢獻不大。

采用薄銅箔對Z0 的貢獻，還不如說是由于薄銅箔對制造 精細導(dǎo)線，來提高或控制Z0 而作出貢獻更為確切。

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Z0的影響明顯得多。

4、 導(dǎo)線寬度對特性阻抗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 格控制線寬。目前，大多數(shù)高頻線路和高速數(shù)字線路的信號傳輸線寬 W為0.10或0.13mm。傳統(tǒng)上，線寬控制偏差為±20％。對非傳輸線的常規(guī)電 子產(chǎn)品的PCB導(dǎo)線（導(dǎo)線長 《 信號波長的1/7）可滿足要 求，但對有Z0 控制的信號傳輸線，PCB導(dǎo)線寬度偏差±20％， 已不能滿足要求。因為，此時的Z0 誤差已超過±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%，不能達到《±10%。

要達到特性阻抗Z0 《±10%，導(dǎo)線寬偏差必須進一步縮小， 必須遠小于±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。