線路板中的導體會有各種信號的傳遞，為提高其傳輸速率而必須提高其頻率，線路本身若因蝕刻，疊層厚度，導線寬度等不同因素，將會造成阻抗值的變化，使其信號失真，因此在高速線路板上的導體，其阻抗值應控制在某一范圍之內(nèi)，稱為“阻抗控制”。

導線的阻抗由其感應和電容性電感、電阻和電導系數(shù)決定。影響PCB走線的阻抗因素主要有: 銅線的寬度、銅線的厚度、介質(zhì)的介電常數(shù)、介質(zhì)的厚度、焊盤的厚度、地線的路徑、走線周邊的走線等。

PCB 傳輸線路通常由一個導線、一個或多個參考層和絕緣材質(zhì)組成。導線和板層構成了控制阻抗。PCB常常采用多層結構，并且控制阻抗也可以采用各種方式來構建。但是，無論使用什么方式，阻抗值都將由其物理結構和絕緣材料的電子特性決定：

·  1.信號導線的寬度和厚度

·  2.導線兩側的內(nèi)核或預填材質(zhì)的高度

·  3.導線和板層的配置

·  4.內(nèi)核和預填材質(zhì)的絕緣常數(shù)

PCB傳輸線主要有兩種形式：微帶線（Microstrip）與帶狀線（Stripline）。

微帶線（Microstrip）：

微帶線是一根帶狀導線，指的是只有一邊存在參考平面的傳輸線，頂部和側邊都曝置于空氣中（也可上敷涂覆層），位于絕緣常數(shù) Er 線路板的表面之上，以電源或接地層為參考。如果電介質(zhì)的介電常數(shù)、線的寬度、及其與地平面的距離是可控的，則它的特性阻抗也是可控的，其精確度將在±5％之內(nèi)。如下圖所示：

上述兩個例子只是微帶線和帶狀線的一個典型示范，具體的微帶線和帶狀線有很多種，如覆膜微帶線等，都是跟具體的PCB的疊層結構相關。

用于計算特性阻抗的等式需要復雜的數(shù)學計算，通常使用場求解方法，其中包括邊界元素分析在內(nèi)，因此使用專門的阻抗計算軟件SI9000，我們所需做的就是控制特性阻抗的參數(shù)：

絕緣層的介電常數(shù)Er、走線寬度W1、W2（梯形）、走線厚度T和絕緣層厚度H。

對于W1、W2的說明：

我們會以為導線的橫截面是一個矩形，但實際上卻是一個梯形。以TOP層為例，當銅箔厚度為1OZ時，梯形的上底邊比下底邊短1MIL。比如線寬5MIL，那么其上底邊約4MIL，下底邊5MIL。上下底邊的差異和銅厚有關，下表是不同情況下梯形上下底的關系。

關于介電常數(shù)Er的問題：

以我們使用最多的FR-4介質(zhì)的材料板為例：實際多層板是芯板和壓合樹脂層堆疊而成，其芯板本身也是由半固化片組合而成。常用的三種半固化片技術指標如下表1 所示。

半固化片組合的介電常數(shù)不是簡單的算術平均，甚至在構成微帶線和帶狀線時的Er值也有所不同。另一方面，F(xiàn)R-4的Er也隨信號頻率的變化有一定改變，F(xiàn)R4板材的介電常數(shù)為4.2—4.7，并且隨著頻率的增加會減小。

介質(zhì)損耗因數(shù)：電介質(zhì)材料在交變電場作用下，由于發(fā)熱而消耗的能量稱之為介質(zhì)損耗，通常以介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ表示。S1141A的典型值為0.015。

能確保加工的最小線寬和線距：4mil/4mil。

1、當差分走線在中間信號層走線時，差分阻抗的控制比較困難，因為精度不夠，就是說改變介質(zhì)層厚度對差分阻抗的影響不大，只有改變走線的間距才對差分阻抗影響較大。但是當走線在頂層或底層時，差分阻抗就比較好控制，很容易達到設計要求，通過實際計算發(fā)現(xiàn)，重要的信號線最好走表層，容易進行阻抗控制，尤其是時鐘信號差分對。

2、在PCB設計之前，首先必須通過阻抗計算，把PCB的疊層參數(shù)確定，如各層的銅厚，介質(zhì)層的厚度等等，還有差分走線的寬度和間距都需要事先計算得出，這些就是PCB的前端仿真，保證重要的信號線的阻抗控制滿足設計要求。

3、在實際的阻抗控制中，一般采用介質(zhì)為FR-4，其Er約4.2，線條厚度t對阻抗影響較小，實際主要可以調(diào)整的是H和W，W(設計線寬)一般情況下是 由設計人員決定的，但在設計時應充分考慮線寬對阻抗的配合性和實際加工精度。當然，采用較小的W 值后線條厚度t 的影響就不容忽視了。

H(介質(zhì)層厚度)對阻抗控制的影響最大，實際H 有兩類情況：一種是芯板，材料供應商所提供的板材中H的厚度也是由以上三種半固化片組合而成，但其在組合的過程中必然會考慮三種材料的特性，而絕非無條件的任意組合，因此板材的厚度就有了一定的規(guī)定，形成了一個相應的清單，同時H也有了一定的限制。如0.17mm 1/1的芯板為 2116 ×1，0.4mm 1/1的芯板為1080×2+7628×1等。

另一種是多層板中壓合部分的厚度：其方法基本上與前相同但需注意銅層的損失。如內(nèi)電層間用半固化片進行填充，因在制作內(nèi)層的過程中銅箔被蝕刻掉的部分很少，則半固化片中樹脂對該區(qū)的填充亦很少，則半固化片的厚度損失可忽略。反之，如信號層之間用半固化片進行填充，由于銅箔被蝕刻掉的部分較多，則半固化片的厚度損失會很大且難以估計。因此，有人建議在內(nèi)層的信號層要求鋪銅以減少厚度損失。（上述資料來源于：P C B 高速數(shù)字設計中的阻抗控制（西南電子電信技術研究所 陳飛））

4、特征阻抗與傳輸線的寬度是成反比的,寬度越寬，阻抗越低,反之則阻抗更高。

5、在有些板的設計要求中對板層厚度有限制時，此時要達到比較好的阻抗控制，采用好的疊層設計非常關鍵。從實際的計算中可以得出以下結論：

a. 每個信號層都要有參考平面相鄰, 能保證其阻抗和信號質(zhì)量;

b. 每個電源層都要有完整的地平面相鄰, 使得電源的性能得以較好的保證;

6、關于差分走線的線寬和間距對阻抗控制的討論：

通過軟件計算發(fā)現(xiàn)，改變差分對的間距對阻抗控制的影響較大，但是這里涉及到另一個問題，就是差分對的耦合問題。

差分對耦合的主要目的是增強對外界的抗干擾能力和抑止EMI。耦合分為緊耦合方式( 即差分對線間距小于或等于線寬) 和松耦合方式。

如果能保證周圍所有的走線離差分對較遠（比如遠遠大于3倍的線寬），那么差分走線可以不用保證緊密的耦合，最關鍵的是保證走線長度相等即可。只是目前大多數(shù)多層高速的PCB 板走線空間很緊密，根本無法將差分走線和其它走線隔離開來，所以這時候保持緊密的耦合以增加抗干擾能力是應該的。

緊耦合不是差分走線的必要條件，但是在空間不夠時走線采用緊耦合方式能夠增強差分走線的抗干擾能力。因此，對于差分對的阻抗控制問題，怎么調(diào)節(jié)各個參數(shù)需要綜合考慮上述因素，擇優(yōu)選擇。一般情況下不輕易調(diào)整差分對的間距和線寬。