PCB阻抗设计和布线

一路上

一、前言

在具有电阻、电感和电容的电路里，对交流电所起的阻碍作用叫做阻抗。阻抗常用Z表示，是一个复数，实部称为电阻，虚部称为电抗，其中电容在电路中对交流电所起的阻碍作用称为容抗 ,电感在电路中对交流电所起的阻碍作用称为感抗，电容和电感在电路中对交流电引起的阻碍作用总称为电抗或者阻抗。

PCB 阻抗是高频工作时电路的电容和电感的组合，虽然也是以Ω为单位测量，但是与作为直流特性的电阻有些不同，阻抗是一种交流特性，意味着与频率有关，而电阻则不是。

二、PCB阻抗影响因数

1、布线宽度和距离：在设计PCB电路板时，应该通过增加线宽或增加导线之间的距离来改变阻抗。PCB器件之间的距离以毫米为单位，因此增加距离可以增加阻抗，这是一种常见且简单的阻抗控制技术。 另一方面，增加导线的宽度可以降低阻抗。

2、PCB层数：增加PCB电路板层数是控制阻抗的另一种方式，但这种方法通常会增加制造成本。构建每层都需要额外的时间和劳动力。但是，对于复杂的PCB电路板，增加层数仍然是一种有效的阻抗控制方法。

3、使用差分线路：差分线路包括两个平行的导线，与单端线路不同，差分线路的两个导线之间具有相同的阻抗。因此，差分线路能够有效地减少噪声干扰，并提高信号的传输性能。

4、PCB电路板材料也会影响阻抗。通常介质材料的介电常数越高，PCB电路板的阻抗就越大；因此通过选择合适的材料来控制PCB电路板的阻抗。

三、阻抗对 PCB 的意义

PCB阻抗取决于线路几何形状和介质常数。 如果设计不当，阻抗会产生变化而导致问题，例如信号失真或电磁干扰。 如果在设计PCB电路板时需要保持恰当的阻抗，则必须明确了解如何进行阻抗控制。

以手机USB接口为例，可以实现2个方向同步传输数据、速度快，成本低。常见的2种类型是A型、B型和C型。

USB协议中定义（D+、D-）、（TX+、TX-）、（Rx+、RX-）差分信号线传输数字信号。为了保证传输信号的稳定性，PCB设计差分线必须严格按照差分信号的走线规则。

四、PCB阻抗走线的注意事项

1、元件PAD尽量靠近排列，缩短PADS之间的距离，使差分线尽可能短，过孔尽可能少。

元件PAD尽量靠近排列

2、路线应平行，对称，不允许走90°角线，应走45°或圆弧走线。线间距控制在4mil以内。

走45°或圆弧走线

3、串联电阻、电容时，应上下或左右对齐。

上下或左右对齐

4、差分阻抗线尽量等距、等距，避免时序偏差和共模干扰。

差分阻抗线尽量等距、等距

5、由于引脚分布、过孔、走线空间等因素，差分阻抗线长容易不匹配。一旦线路长度不匹配，时序就会发生偏移，从而降低信号质量。因此，需要对差分对的不匹配进行相应的补偿，使线路长度匹配。长度差通常控制在5MIL以内，补偿原则是对出现长度差的部位进行补偿。

对差分对的不匹配进行相应的补偿，使线路长度匹配

五、PCB阻抗计算

• H1：介质厚度（阻抗线与参考层之间的厚度）
• ER1：极板介电常数 4.2-4.6（PP 按 4.2 计算，磁芯按 4.5 计算）
• W1：设计线宽
• W2：上部线宽 = 设计线宽减去0.5mil
• S1：两线之间的距离
• T1：铜厚，一般按1oz（1.4mil）计算
• C1：C1：基板表面绿油厚度
• C2：铜箔表面绿油厚度
• C3：绿油厚度基材表面
• CER：绿油介电常数3.5
  

使用阻抗计算器计算，可以得到阻抗约为 100。