本章中所示走线宽度、间隔、长度和偏差约束均基于 参考材料规格 中列出的参考 PCB 材料。不使用这些特定参数时,走线宽度、长度、层高、间隔和电介质材质可能需要调整才能满足阻抗、长度和偏差规格的要求。
PCB 制造车间可以调整这些因子以实现期望的阻抗和传输延迟目标。本节中列出了上述每个项的影响。此外,二维场求解器实用工具支持对各种组合进行测试。
电介质材质
每种电介质材质都有其自己的相对介电常量 (DK) 和损耗因子/损耗角正切 (DF) 作为线路阻抗 (Z0)、信号传输延迟 (TPD) 和信号损耗 (α) 的影响因素。随着 DK 增大,阻抗降低,而信号传输延迟和信号损耗则增加,反之亦然。PCB 上常见的 DK 介于 3.4 到 4.6 的范围之间。给定电介质材质中的传输延迟为常量,不受任何其他开发板参数(例如,层高、导体宽度或导体间隔)的影响。传输延迟则受到频率的影响,但对于典型存储器速度的影响很小。信号损耗同样受到频率的影响,损耗随频率增大而增大。
下面的公式显示了传输延迟 (TPD) 的计算方式,其中使用 DK 作为电介质常量,c 为自由空间中的光速(2.998 x 108 m/s 或 1.180 x 1010 in/s)。
下表中的关联显示了电介质常量 (DK) 对阻抗 (Z0)、传输延迟 (TPD) 和信号损耗 (α) 的影响。
DK ↑ | Z0 ↓ | TPD ↑ | α ↑ |
DK ↓ | Z0 ↑ | TPD ↓ | α ↓ |
走线宽度
随着走线宽度 (W) 增加,阻抗降低,而信号传输延迟保持不变,反之亦然。任何宽度调整都应包含间隔 (S) 调整以保持免受串扰效应影响。根据存储器和信号的特定类型,间隔因子约为 1.0 倍到 3 倍。下表中的关联显示了宽度对阻抗、间隔和传输延迟的影响。
W ↑ | Z0 ↓ | S ↑ | TPD(不变) |
W ↓ | Z0 ↑ | S ↓ | TPD(不变) |
层高
随着层高 (H) 增大,阻抗增大,而信号传输延迟保持不变,反之亦然。减小或增大层高时,请谨记,层高过低可能比以可靠方式制造的开销更大,因为 PCB 制造商必须避免开发板缺陷。层高过高可能导致宽高比违例。下表中的关联显示了层高对阻抗和传输延迟的影响。
H ↑ | Z0 ↑ | TPD(不变) |
H ↓ | Z0 ↓ | TPD(不变) |
基本铜厚
随着导线的基本铜厚(铜盎司)增大,阻抗减小,而信号传输延迟保持不变,反之亦然。PCB 中最常用的基本铜厚为 0.5,称为半盎司铜。更改基本铜厚的影响很小,但由于可能导致成本增加,而回报较小,因此不建议更改。
调整设计参数以达成阻抗目标的示例
下表显示了 L1 PCB 主区域内带状线阻抗目标值为 45Ω。走线宽度 (W) 指定为 7.0 mil,DK 为 3.71,高度为 6.7 mil。该表还显示了达成阻抗目标所需的电介质常量、走线宽度 (W) 和高度 (H)。间隔 (S) 显示了为持续满足性能要求所需的更改,但间隔并非影响线路阻抗的因素。提高 DK 时,信号损耗也会增加,如表中所示。
目标 ([Z0] Ω) | 材质 | DK | W (mil) | S (mil) | H (mil) | 相对参考值的变化 |
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45 | Megtron 6 | 3.71 | 7.0 | - | 6.7 | 参考 |
45 | Megtron 6 | 3.71 | 7.5 ↑ | ↑ | 7.15 ↑ | DK 相同,宽度更宽,高度更高 |
45 | Megtron 6 | 3.4 ↓ | 7.0 | - | 6.27 ↓ | DK 较低,宽度相同,高度较低 |
45 | Megtron 6 | 3.4 ↓ | 7.5 ↑ | ↑ | 6.7 | DK 较低,宽度更宽,高度相同 |