在线宽规则设置中提到过阻抗线的概念，那么什么是阻抗线呢？我们如何知道设计当中的信号走线线宽与间距呢？这就涉及阻抗的计算。

　　阻抗计算的必要性

　　当电压、电流在传输线中传播时，特性阻抗不一致会造成所谓的信号反射现象等。在信号完整性领域里，反射、串扰、电源平面切割等问题都可以归为阻抗不连续问题，因此匹配的重要性在此展现出来。

　　常见的阻抗模型

　　一般利用 Polar SI9000 阻抗计算工具进行阻抗计算。在计算之前需要认识常见的阻抗模型。常见的阻抗模型有特性阻抗模型、差分阻抗模型、共面性阻抗模型。如图 10-50 所示，阻抗模型又细分为如下几类。

　　（1）外层特性阻抗模型。

　　（2）内层特性阻抗模型。

　　（3）外层差分阻抗模型。

　　（4）内层差分阻抗模型。

　　（5）共面性阻抗模型。

　　① 外层共面特性阻抗模型。

　　② 内层共面特性阻抗模型。

　　③ 外层共面差分阻抗模型。

　　④ 内层共面差分阻抗模型。

　　图 10-50  常见的阻抗模型

　　阻抗计算详解

　　1．阻抗计算的必要条件

　　阻抗计算的必要条件有板厚、层数（信号层数、电源层数）、板材、表面工艺、阻抗值、阻抗公差、铜厚。

　　2．影响阻抗的因素

　　影响阻抗的因素有介质厚度、介电常数、铜厚、线宽、线距、阻焊厚度，如图 10-51 所示。

　　图 10-51  影响阻抗的因素

　　在图 10-51 中，H1 为介质厚度（PP 片或者板材，不包括铜厚）；Er1 为 PP 片或者板材的介电常数，多种 PP 片或者板材压合在一起时取平均值；W1 为阻抗线下线宽；W2 为阻抗线上线宽；T1 为成品铜厚；CEr 为绿油的介电常数（3.3）；C1 为基材的绿油厚度（一般取 0.8mil）；C2 为铜皮或者走线上的绿油厚度（一般取 0.5mil）。

　　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。