設計具有 50 歐姆阻抗的 4 層 PCB 疊層

2021-07-14

設計具有 50 歐姆阻抗的 4 層 PCB 疊層

閱讀有關(guān) PCB 設計的任何指南，您會(huì )看到提及 50 歐姆阻抗、達到所述阻抗所需的走線(xiàn)寬度以及它們與疊層的關(guān)系。您可能還看過(guò)一些在線(xiàn)計算器，它們可用于確定達到 50 歐姆阻抗所需的走線(xiàn)寬度?，F實(shí)情況是，如果您沒(méi)有可制造的 PCB 疊層，那么這些計算器或指南都不是很有用。4 層堆疊是當今大多數設計的良好起點(diǎn)，包括需要 50 歐姆阻抗的設計。

這種確?？芍圃煨缘男枨髮Q定設計具有 50 歐姆阻抗的 4 層 PCB 疊層所需的走線(xiàn)寬度限制。繼續閱讀以了解可制造性將如何影響您選擇的 4 層堆疊中達到 50 歐姆阻抗所需的走線(xiàn)寬度。

什么是標準 4 層 PCB 堆疊？

假設您知道您的設計需要在 4 層 PCB 疊層上具有 50 歐姆阻抗，同時(shí)還需要具有1.57 毫米（62 密耳）的標準厚度。在這種情況下，您將受到可用層堆棧排列和材料選項的限制。制造商將為其客戶(hù)保留某些材料。否則，他們將外包制造，或者他們可能需要專(zhuān)門(mén)為您的電路板進(jìn)行特殊訂單，這會(huì )增加您的成本。這就是資深 PCB 設計師會(huì )告訴您盡早聯(lián)系制造商以確保您的疊層可制造的原因之一。

如何達到 50 歐姆

達到 50 歐姆意味著(zhù)您需要為您的特定疊層選擇正確的走線(xiàn)寬度。例如，有幾個(gè)因素會(huì )限制您的可用走線(xiàn)寬度在 4 層堆疊中達到 50 歐姆：

可用材料：請記住，FR4 層壓板沒(méi)有特定的介電常數 (Dk) 值，該值是您的走線(xiàn)阻抗的重要決定因素。FR4 層壓板的 Dk 范圍從大約 4.0 到 4.8，具體取決于疊層材料。

層壓板厚度：用于 PCB 疊層的 FR4 層壓板也將具有特定的厚度；您不能隨意混合搭配您想要的任何層壓板。您可以要求內層和外層的特定厚度，制造商將盡最大努力將疊層構建到標準厚度。

如果您需要特定的走線(xiàn)寬度和材料，獲得 50 歐姆阻抗的唯一其他選擇是使用非標準厚度。例如，Mini PCIe 卡的厚度為 1 毫米，而不是標準的 1.57 毫米。因此，根據核心、外層預浸料和總厚度要求，PCB 走線(xiàn)寬度會(huì )有所不同。

標準 4 層堆疊

下圖顯示了大多數制造商提供的典型 4 層 PCB 疊層結構。它由一個(gè)厚芯（約 42 密耳）和 2 層預浸料層（每層 7 密耳）組成。標準的 4 層堆疊使用兩個(gè)內層用于電源和接地，而兩個(gè)外層用于組件和走線(xiàn)布線(xiàn)。設置為地的內層將決定表層走線(xiàn)的阻抗。

典型的 4 層 PCB 堆疊。

此處，走線(xiàn)阻抗將由 Dk 值決定，該特定預浸料的 Dk 值為 4.1。請注意，其他預浸料將具有不同的 Dk 值，該值還取決于您設計的相關(guān)頻率。關(guān)于頻率的這一點(diǎn)是一個(gè)更高級的討論，所以我們將留到另一個(gè)時(shí)間。

現在，讓我們假設您知道需要在上面顯示的疊層中達到 50 歐姆阻抗。然后，使用標準 PCB 走線(xiàn)阻抗計算器或使用教科書(shū)中的公式，您會(huì )發(fā)現所需的走線(xiàn)寬度為 13 密耳。因此，只需將 PCB 布線(xiàn)器中的走線(xiàn)寬度約束設置為 13 密耳，您的布線(xiàn)都將精確地為 50 歐姆。

關(guān)于這一點(diǎn)，有幾點(diǎn)需要注意。首先，如果您將一些銅澆注太靠近頂層或底層的 50 歐姆跡線(xiàn)，阻抗將被修改。請注意，您需要將表面層上的任何銅澆注與走線(xiàn)分開(kāi)大約兩倍走線(xiàn)寬度的距離（在這種情況下為 26 密耳間隔）。其次，銅箔厚度（或銅重量）可能不同，盡管厚度也被標準化為 0.5 盎司/平方米。英尺或 1.0 盎司/平方英尺 英尺

覆銅和 13 mil 走線(xiàn)之間的 26 mil 間隙足以確保 50 Ohm 阻抗。

底線(xiàn)是：在規劃具有 50 歐姆阻抗的 4 層 PCB 疊層時(shí)，請咨詢(xún)您的制造商。他們可以為您提供一些疊層選項，并且可以告訴您要使疊層材料達到 50 歐姆所需的走線(xiàn)寬度。

何時(shí)使用 50 歐姆阻抗

一個(gè)問(wèn)題尚未發(fā)布：您甚至需要50 歐姆阻抗嗎？答案是“視情況而定”。這是新設計師有時(shí)會(huì )忽略的信號完整性的重要部分。大多數數字協(xié)議使用 50 歐姆的單端阻抗，但前提是走線(xiàn)足夠長(cháng)。一些不同的指南規定了何時(shí)走線(xiàn)太長(cháng)以至于需要 50 歐姆阻抗。

您經(jīng)?？吹?span> PCB 布線(xiàn)指南指出，走線(xiàn)應盡可能短，以避免將阻抗設置為 50 歐姆。這樣，您可以使用更細的走線(xiàn)，而不必擔心與長(cháng)走線(xiàn)相關(guān)的信號完整性問(wèn)題。為“長(cháng)”跡線(xiàn)定義適當限制的問(wèn)題是一個(gè)復雜的問(wèn)題，您會(huì )在 Internet 上的許多指南中看到幾個(gè)答案。使用最佳 PCB 布局和布線(xiàn)軟件將所有走線(xiàn)設置為 50 歐姆阻抗所需的寬度并沒(méi)有什么壞處。