微带线结构的特性阻抗Z0计算公式:Z0 = 87/r +1.41 ln5.98H / (0.8W+T)

其中:εr -介电常数 H-介质厚度 W-导线宽度 T-导线厚度

板材的 εr 越低,越容易提高PCB线路的Z0 值,而与高速 元件的输出阻抗值匹配。

1、 特性阻抗Z0与板材的εr成反比

Z0 随着介质厚度的增加而增大。因此,对Z0 严格的高频 线路来说,对覆铜板基材的介质厚度的误差,提出了严格的 要求。通常,介质厚度变化不得超过10%。

2、 介质厚度对特性阻抗Z0的影响

随着走线密度的增加,介质厚度的增加会引起电磁干扰 的增加。因此,高频线路和高速数字线路的信号传输线,随 着导体布线密度的增加,应减小介质厚度,以消除或降低电 磁干扰所带来的杂信或串扰问题、或大力降低εr ,选用低εr 基材。

根据微带线结构的特性阻抗Z0 计算公式:Z0 = 87/r +1.41 ln5.98H / (0.8W+T)

铜箔厚度(T)是影响Z0的一个重要因素,导线厚度越 大,其Z0越小。但其变化范围相对较小。

3、 铜箔厚度对特性阻抗Z0的影响

越薄的铜箔厚度,可得到较高的Z0 值,但其厚度变化对 Z0 贡献不大。

采用薄铜箔对Z0 的贡献,还不如说是由于薄铜箔对制造 精细导线,来提高或控制Z0 而作出贡献更为确切。

根据公式:

Z0 = 87/r +1.41 ln5.98H / (0.8W+T)

线宽W越小,Z0越大;减少导线宽度可提高特性阻抗。

线宽变化比线厚变化对Z0的影响明显得多。

4、 导线宽度对特性阻抗Z0的影响

Z0 随着线宽W变窄而迅速增加,因此,要控制Z0 ,必须严 格控制线宽。目前,大多数高频线路和高速数字线路的信号传输线宽 W为0.10或0.13mm。传统上,线宽控制偏差为±20%。对非传输线的常规电 子产品的PCB导线(导线长 < 信号波长的1/7)可满足要 求,但对有Z0 控制的信号传输线,PCB导线宽度偏差±20%, 已不能满足要求。因为,此时的Z0 误差已超过±10%。

举例如下:

某PCB微带线宽度为100μm,线厚为20μm,介质厚度为100μm,假设成品 PCB铜厚度均匀不变,问线宽变化±20%,Z0 能否符合±10%以内?

解:根据公式

Z0 = 87/r +1.41 ln5.98H / (0.8W+T)

代入:线宽W0 = 100μm, W1 = 80μm, W2 = 120μm,线厚T=20μm,介 质厚度H=100μm,则:Z01 /Z02 =1.20

所以,Z0 刚好±10%,不能达到<±10%。

要达到特性阻抗Z0 <±10%,导线宽偏差必须进一步缩小, 必须远小于±20%才行。

同理,要控制Z0 ≤5%,导线宽公差必须控制≤±10%。

因此,我们就不难理解,为什么聚四氟乙烯PCB和某些 FR-4PCB,要求线宽±0.02mm,其原因就是要控制特性阻抗 Z0值。