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單面PCB，沒(méi)有地平面，采用雙側(cè)都有地線的共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，就能實(shí)現(xiàn)布線阻抗控制：
想得美，理論豐滿，現(xiàn)實(shí)骨感。
能想到用單面PCB實(shí)現(xiàn)布線阻抗控制的老板，一定在物料成本上考慮到了極致：
與常規(guī)雙面PCB相比，單面PCB少了過(guò)孔金屬化、背面銅蝕刻、背面絲印、背面綠油等工序，減少了PCB制造成本；
單面布線面積也一定會(huì)盡量減小，兩側(cè)鋪地增加了布線面積、增加了布通難度，所以只能單側(cè)鋪地（跟隨地線）。
那么，單側(cè)鋪地的阻抗由鋪地間隙Gap大小決定？
那又單純了，典型的沒(méi)經(jīng)過(guò)社會(huì)拷打。
能想到單面布線阻抗控制的老板，一定會(huì)找個(gè)極低成本的三線PCB廠家加工，別指望線寬（等同于線間隙Gap）加工精度了。這種三線PCB廠家只保證基本的通斷。
單側(cè)鋪地的Gap與阻抗關(guān)系
為了讓大家死心，特意用HFSS建模，F(xiàn)R4介質(zhì)厚度20mil，銅厚1.4mil，線寬30mil?？匆谎蹎蝹?cè)鋪地的Gap與阻抗關(guān)系：
看一眼單側(cè)鋪地的Gap與阻抗關(guān)系：
30mil線寬單面布線，鋪銅間隙Gap=4mil（主流PCB廠家普通制造工藝能加工的鋪銅間隙），阻抗也只能做到77歐，與50歐相差太遠(yuǎn)。
鋪銅間隙Gap=4mil大概是主流PCB廠家能保證通斷能力的鋪銅間隙，實(shí)際加工出來(lái)的Gap可能3~5mil范圍，有+/-1mil誤差是很正常的，會(huì)導(dǎo)致阻抗控制誤差超過(guò)20%。
即使如此，別指望低成本的三流PCB廠家也能加工出4mil鋪銅間隙。
上圖的紫色線，對(duì)應(yīng)鋪銅間隙Gap=16mil。
解決方案
根據(jù)公式Z0 = sqrt(L0/C0)，增加單位長(zhǎng)度的電容量，就能降低阻抗到50歐。
單位長(zhǎng)度，是指遠(yuǎn)小于導(dǎo)波波長(zhǎng)的長(zhǎng)度。
單位長(zhǎng)度的電容量，用均勻排列的貼片電容實(shí)現(xiàn)。
下圖模型：
仿真出來(lái)的阻抗如下：
紅線0.4pF，TDR曲線顯示的阻抗88歐；
綠線2pF，TDR曲線是最接近于50歐的；
說(shuō)明這個(gè)長(zhǎng)度2000mil的布線結(jié)構(gòu)，需要用貼片電容增加總共5*2 = 10pF左右的附加電容，才能將阻抗壓到50歐左右。
看看回波損耗：
對(duì)于數(shù)字電路，假設(shè)以回波損耗10dB為限：
5*2pF拓樸結(jié)構(gòu)，大致能傳輸1Gbps信號(hào)。
5*0.4pF拓樸結(jié)構(gòu)，大致能傳輸0.15Gbps信號(hào)。
還是有收獲的。
單位長(zhǎng)度減半
下圖模型：
看看上圖拓樸結(jié)構(gòu)的TDR瞬時(shí)阻抗，與上升沿Tr關(guān)系：
藍(lán)線阻抗大致控制在+/-10%，對(duì)應(yīng)上升時(shí)間Tr=200ps。
綠線阻抗大致控制在+/-5%，對(duì)應(yīng)上升時(shí)間Tr=500ps。
再看看回波損耗：
按照前面假設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)，每隔180mil布局1pF電容，大致能傳輸2.2Gbps數(shù)據(jù)信號(hào)。
本文的模型，用了HFSS的LumpRLC邊界條件，這與實(shí)際的貼片元件仍然有分布參數(shù)的差異，低頻率時(shí)誤差不大。
共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)理論上能實(shí)現(xiàn)單面PCB布線的50歐阻抗控制，但實(shí)際工程上是很難實(shí)現(xiàn)的：因?yàn)橐箐併~間隔Gap小于4mil。
可以采用大的鋪銅間隔Gap=20mil，但每隔單位長(zhǎng)度布局貼片電容的辦法實(shí)現(xiàn)50歐阻抗控制：
每隔360mil布局2pF電容，大致能傳輸1Gbps數(shù)據(jù)信號(hào)。
每隔180mil布局1pF電容，大致能傳輸2Gbps數(shù)據(jù)信號(hào)。
依此類(lèi)推。
電容間隔總不能小于封裝本體吧？因此，這種拓樸結(jié)構(gòu)只能用于低頻低速信號(hào)。
