阻抗计算方法

下面通过一个实例来演示阻抗计算的方法及步骤。

普通的FR－4板材一般有生益、建滔、联茂等板材供应商。生益FR－4及同等材料芯板可以根据板厚来划分。表10－5列出了常见生益FR－4芯板厚度参数及介电常数。

半固化片（即PP片）一般包括106、1080、2116、7628等。

表10－6  常见PP片厚度参数及介电常数：

对于Rogers板材，Rogers4350 0．1mm板材介电常数为3．36，其他Rogers4350板材介电常数为3．48；Rogers4003板材介电常数为3．38；Rogers4403半固化片介电常数为3．17。

我们知道，每个多层板都是由芯板和半固化片通过压合而成的。当计算层叠结构时，通常需要把芯板和PP片叠在一起，组成板子的厚度。例如，一块芯板和两张PP片叠加“芯板＋ 106＋2116”，那么它的理论厚度就是0．25mm＋0．0513mm＋0．1185mm＝0．4198mm。但需注意以下几点。

①一般不允许4张或4张以上PP片叠放在一起，因为压合时容易产生滑板现象。
②7628的PP片一般不允许放在外层，因为7628表面比较粗糙，会影响板子的外观。

③3张1080也不允许放在外层，因为压合时也容易产生滑板现象。

④芯板一般选择大于0．11mm的，6层的一般两块芯板，8层的一般3块芯板。

由于铜厚的原因，理论厚度和实测厚度有一定的差距，具体可以参考图10－52。

图10－52  理论厚度与实测厚度

从图10－52中可以看出，理论厚度和实测厚度存在铜厚的差额，可以总结出如下公式。

实测厚度＝理论厚度－铜厚1（1－X1）－铜厚2（1－X2）

式中，X1、X2表示残铜率，表层取1，光板取0。电源地平面残铜率一般取值为70％，信号层残铜率一般取值为23％。

残铜率是指板平面上有铜的面积和整板面积之比。例如，没有加工的原材料残铜率就是100％，蚀刻成光板时就是0％。

“OZ”表示铜厚单位“盎司”，1OZ＝0．035mm。

阻抗计算实例

（1）层叠要求：板厚为1．2mm，板材为FR－4，层数为6层，内层铜厚为1OZ，表层铜厚为0．5OZ。

（2）根据芯板和PP片常见厚度参数组合，并根据层叠厚度要求，可以堆叠出如图10－53所示的层叠结构。

图10－53  6层层叠结构图

图10－53中标出的PP片厚度为实际厚度，计算公式如下。

PP（3313）［实测值］＝0．1034mm［理论值］－0．035／2mm×（1－1）［表层铜厚为0．5OZ，残铜率取1］－0．035mm×（1－0．7）［内层铜厚为1OZ，残铜率取70％］＝0．0929mm＝3．65mil

PP（7628×3）［实测值］＝0．1951mm×3［理论值］－0．035mm×（1－0．23）［内层铜厚为1OZ，相邻信号层残铜率取0．23％］－0．035mm×（1－0．23）［内层铜厚为1OZ，相邻信号层残铜率取0．23％］＝ 0．5314mm＝20．92mil
板子总厚度
＝0．5OZ＋3．65mm＋1OZ＋5．1mm＋1OZ＋20．92mm＋1OZ＋5．1mm＋1OZ＋3．65mm＋0 ．5OZ＝ 1．15mm

（3）打开Polar SI9000软件，选择需要计算阻抗的阻抗模型，计算表层50欧姆单线阻抗线宽。如图10－54所示，根据压合层叠数据，填入相关已知参数，计算得出走线线宽W0＝6．8mil。这个是计算出比较粗的走线，有时候会基于走线难度准许阻抗存在一定的误差，所以可以根据计算得出的走线线宽来稍微调整。例如，调整计算参数走线线宽5．5mil时，计算阻抗Zo＝54．82，如图10－55所示。

图10－54  根据阻抗计算线宽

图10－55  根据线宽微调阻抗值

（4）需计算内层（以第3层为例）90欧姆差分阻抗走线线宽与间距，如图10－56所示，选择内层差分阻抗模型，根据压合层叠数据，填入已知参数，然后可以通过阻抗要求，调整线宽和间距，分别计算，考虑到板卡设计难度，微调阻抗在准许范围之内即可。

图10－56  90欧姆差分阻抗计算结果

（5）最终计算结果如表10－7所示。