导线间距变化对阻抗的影响探讨

宋海波 罗 松 符 博 邓伦华

［（胜宏科技（惠州）股份有限公司，广东 惠州 516211）］

0 引言

近年来，随着高频高速信号的快速发展，对印制电路板（printed circuit board，PCB）的信号完整性要求越来越严格。其中，阻抗匹配性是至关重要的问题。为保证有效的阻抗匹配性，PCB阻抗控制成为重中之重。然而，随着电子产品不断朝小型化、多功能化等智慧型方向发展，PCB上安装元器件越来越密集，走线设计不可避免地出现阻抗线到铜间距不足的问题，在PCB 制作时经常会忽略线到铜间距对阻抗的影响，导致实际阻抗达不到要求。因此，本文研究了一种能解决导线间距对阻抗影响的方法。

1 术语说明

信号线：用作信号传输载体的走线。一般有两种，分别是微带线和带状线。

接地层：PCB 阻抗中的接地回路层，又称为参考层。

跨层阻抗：信号线与参考层为非相邻层的阻抗。

共面阻抗：接地线在信号线旁边布线，且接地线通过孔连接到相对层上的接地部分的阻抗。PCB 布线设计中，接地线与相对层上的接地部分一般均设计为铜面。

跨越层：跨层阻抗中，信号线与参考层中间所跨过的层次。例如信号线L1 层与参考层L5 层的阻抗模型设计中的L2、L3、L4 层均为跨越层，如图1所示。

图1 阻抗叠构示意图

线到铜间距：阻抗信号线与旁边接地线间的距离。

切面间距：信号线投影部分到跨越层中旁边线路或铜面的距离。

2 基本信息

阻抗基本的要求信息见表1。

表1 阻抗基本信息

3 验证分析

3.1 线到铜间距变化对阻抗的影响

在同一片板上分别设计不同线宽大小、不同的线到铜间距的阻抗，测试验证各种线宽下，线到铜间距的变化对阻抗的影响。通常情况下，阻抗线到铜间距设计为0.50 mm。不同线到铜间距的阻抗量测数据见表2。

表2 不同线到铜间距的阻抗量测数据

3.1.1 验证分析

①随着线到铜的距离变大，对应的阻抗也不断变大，当线到铜距离变大到一定程度时，阻抗基本不变。② 线宽≤0.175 mm 的阻抗，线到铜的距离是线宽的3 倍（约0.50 mm）以上时，阻抗基本不变；线到铜的距离是线宽的2 倍以上时，阻抗的变化较小，在0.5 Ω 以内。③线宽在0.175 mm 以上的阻抗，线到铜的距离是线宽的2倍以上时，阻抗基本不变。

3.1.2 小结

常规阻抗线到铜间距设计最小需满足≤20 mm且是线宽的2 倍以上，否则，需按照共面阻抗方式设计，将线到铜间距代入阻抗计算。

3.2 跨层阻抗中切面间距变化对阻抗的影响

在同一片板上分别设计相同线宽、相同线到铜间距、不同切面间距的阻抗，测试验证不同切面间距的变化对阻抗的影响，其中，线宽0.50 mm，线到铜间距0.50 mm，特性阻抗设计值74.5 Ω。不同切面间距的阻抗量测数据见表3。

表3 不同切面间距的阻抗量测数据

3.2.1 小结

当跨越层L2、L3、L4层中有任意一层的切面间距小于线到铜间距时，实测阻抗值均会小于设计阻抗值74.5 Ω，且跨越层中切面间距越小，对应阻抗实测值越小；当跨越层L2、L3、L4层所有层次的切面间距大于或等于线到铜间距时，实测阻抗值与设计阻抗值74.5 Ω相符合。

因此，跨层阻抗设计中，跨越层任意一层切面间距必须大于或等于阻抗信号线到铜的距离。

4 结语

为了保证阻抗满足客户需求，准确判断阻抗的真实情况，通过间距对阻抗影响的验证分析，PCB非共面阻抗设计中线到铜间距必须≤0.50 mm，且大于线宽的2 倍，跨层阻抗的跨越层切面间距必须大于或等于阻抗信号线到铜的距离。