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设计具有 50 欧姆阻抗的 4 层 PCB 叠层
设计具有 50 欧姆阻抗的 4 层 PCB 叠层
阅读有关 PCB 设计的任何指南，您会看到提及 50 欧姆阻抗、达到所述阻抗所需的走线宽度以及它们与叠层的关系。您可能还看过一些在线计算器，它们可用于确定达到 50 欧姆阻抗所需的走线宽度。现实情况是，如果您没有可制造的 PCB 叠层，那么这些计算器或指南都不是很有用。4 层堆叠是当今大多数设计的良好起点，包括需要 50 欧姆阻抗的设计。
这种确保可制造性的需求将决定设计具有 50 欧姆阻抗的 4 层 PCB 叠层所需的走线宽度限制。继续阅读以了解可制造性将如何影响您选择的 4 层堆叠中达到 50 欧姆阻抗所需的走线宽度。
什么是标准 4 层 PCB 堆叠？
假设您知道您的设计需要在 4 层 PCB 叠层上具有 50 欧姆阻抗，同时还需要具有1.57 毫米（62 密耳）的标准厚度。在这种情况下，您将受到可用层堆栈排列和材料选项的限制。制造商将为其客户保留某些材料。否则，他们将外包制造，或者他们可能需要专门为您的电路板进行特殊订单，这会增加您的成本。这就是资深 PCB 设计师会告诉您尽早联系制造商以确保您的叠层可制造的原因之一。
如何达到 50 欧姆
达到 50 欧姆意味着您需要为您的特定叠层选择正确的走线宽度。例如，有几个因素会限制您的可用走线宽度在 4 层堆叠中达到 50 欧姆：
可用材料：请记住，FR4 层压板没有特定的介电常数 (Dk) 值，该值是您的走线阻抗的重要决定因素。FR4 层压板的 Dk 范围从大约 4.0 到 4.8，具体取决于叠层材料。
层压板厚度：用于 PCB 叠层的 FR4 层压板也将具有特定的厚度；您不能随意混合搭配您想要的任何层压板。您可以要求内层和外层的特定厚度，制造商将尽最大努力将叠层构建到标准厚度。
如果您需要特定的走线宽度和材料，获得 50 欧姆阻抗的唯一其他选择是使用非标准厚度。例如，Mini PCIe 卡的厚度为 1 毫米，而不是标准的 1.57 毫米。因此，根据核心、外层预浸料和总厚度要求，PCB 走线宽度会有所不同。
标准 4 层堆叠
下图显示了大多数制造商提供的典型 4 层 PCB 叠层结构。它由一个厚芯（约 42 密耳）和 2 层预浸料层（每层 7 密耳）组成。标准的 4 层堆叠使用两个内层用于电源和接地，而两个外层用于组件和走线布线。设置为地的内层将决定表层走线的阻抗。
典型的 4 层 PCB 堆叠。
此处，走线阻抗将由 Dk 值决定，该特定预浸料的 Dk 值为 4.1。请注意，其他预浸料将具有不同的 Dk 值，该值还取决于您设计的相关频率。关于频率的这一点是一个更高级的讨论，所以我们将留到另一个时间。
现在，让我们假设您知道需要在上面显示的叠层中达到 50 欧姆阻抗。然后，使用标准 PCB 走线阻抗计算器或使用教科书中的公式，您会发现所需的走线宽度为 13 密耳。因此，只需将 PCB 布线器中的走线宽度约束设置为 13 密耳，您的布线都将精确地为 50 欧姆。
关于这一点，有几点需要注意。首先，如果您将一些铜浇注太靠近顶层或底层的 50 欧姆迹线，阻抗将被修改。请注意，您需要将表面层上的任何铜浇注与走线分开大约两倍走线宽度的距离（在这种情况下为 26 密耳间隔）。其次，铜箔厚度（或铜重量）可能不同，尽管厚度也被标准化为 0.5 盎司/平方米。英尺或 1.0 盎司/平方英尺 英尺
覆铜和 13 mil 走线之间的 26 mil 间隙足以确保 50 Ohm 阻抗。
底线是：在规划具有 50 欧姆阻抗的 4 层 PCB 叠层时，请咨询您的制造商。他们可以为您提供一些叠层选项，并且可以告诉您要使叠层材料达到 50 欧姆所需的走线宽度。
何时使用 50 欧姆阻抗
一个问题尚未发布：您甚至需要50 欧姆阻抗吗？答案是“视情况而定”。这是新设计师有时会忽略的信号完整性的重要部分。大多数数字协议使用 50 欧姆的单端阻抗，但前提是走线足够长。一些不同的指南规定了何时走线太长以至于需要 50 欧姆阻抗。
您经常看到 PCB 布线指南指出，走线应尽可能短，以避免将阻抗设置为 50 欧姆。这样，您可以使用更细的走线，而不必担心与长走线相关的信号完整性问题。为“长”迹线定义适当限制的问题是一个复杂的问题，您会在 Internet 上的许多指南中看到几个答案。使用最佳 PCB 布局和布线软件将所有走线设置为 50 欧姆阻抗所需的宽度并没有什么坏处。