PCB阻抗知识讲解教学提纲
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号，其所受的阻力称为特性阻抗。
1.2特性阻抗及阻抗匹配概念的详细解释
• PCB中，当某讯号方波，在传输线组合体的讯号当中，以 高准位的正压讯号向前推进时，则在距离最近的参考层（ 如接地层）中理论上必有被该电场所感应出来的负压讯号 伴随前行。若将其飞行时间短暂加以冻结，即可想象其所 遭受到来自讯号线、介质层与参考层等共同呈现的瞬间阻 抗值，此即所谓的特性阻抗值。
3.2 介质层厚度对阻抗的影响
从之前介绍的公式中可看出，特性阻抗是与介质厚度的自然对数成正比的，因而可知介质厚度 越厚，其阻抗越大，所以介质厚度是影响特性阻值的另一个主要因素。
从上图中可以看出微带线结构的设计比起带状线设计时在相同介质厚度和材料下 具有较高的特性阻抗值一般要大20－40欧，因此对高频和高速数字信号传输大多采 用微带线结构的设计。同时，特性阻抗值将随着介质厚度的增加而增大，所以对于特 性阻抗值严格控制的高频线路来说，对覆铜板的介质厚度的误差应提出严格要求，一 般来说，其介质厚度变化最多不超过10％。对于多层板来说介质厚度还是个加工因素 ，特别是与多层层压加工密切相关因此也应严密加以控制。
讯号线的特性阻抗与终端IC的阻抗不匹配，过大
或者过小，信号传输过程将出现反射，散射，衰弱或
延迟的情况，导致噪音以及信号不完整。所以我们要
设法让阻抗板的特性阻抗值与终端IC的阻抗匹配，以
利于电路的信号传输和能源的节约。
因此，随着电子产品小型化、数字化、高频化和多功能化等的快速发展与进
步，作为电子产品中电气的互连件—PCB中的导线的作用，已不仅只是电流流通与 否的问题，而且是作为“传输线”的作用。也就是说，对于高频信号或高速数字信 号的传输用的PCB之电气测试，不仅要测试线路的“通”、“断”、“短路”等是 否合乎要求，而且还要其“特性阻抗值”是否合乎要求，只有这两方面都“合格” 了，PCB才符合允收性。
PCB阻抗知识讲解
1 相关概念---阻抗
• 1.1 当直流电流流过一个导体时候会收到一个阻力，我们称为电阻。
• R=U/I
• 当交流电流通过导体时，同样会收到一个阻力，此阻力除了电阻的阻力外 ，还有感抗和容抗的阻力, 此阻力的矢量合我们称为阻抗。
• Z= R+j ( XL–XC)
• 电容及电感的电抗分别称作电容抗及电感抗，简称容抗及感抗。它们的计 量单位与电阻一样是欧姆，而其值的大小则和交流电的频率有关系，频率 愈高则容抗愈小感抗愈大，频率愈低则容抗愈大而感抗愈小。此外电容抗 和电感抗还有相位角度的问题，具有向量上的关系式，因此才会说：阻抗 是电阻与电抗在向量上的和。 在电子通讯产品中 线路板中传输的能量，是种高低电平构成的脉冲信
3 特性阻抗的影响因素
目前阻抗的模块较多，如线路板厂广泛应用的英国Polar 公司的SI8000软件就提供了89种，但实际众多的模块最终 又可以分为两大类，即微带状Microstripline和带状Stripline两种。微带状传输带传输线路是由一条安装在可导接地层 的低损耗绝缘体上的控制宽度的可导迹线构成的。该绝缘体通常使用强化玻璃环氧树脂制造，例如 G10、FR-4 或 PTFE，用于超高频应用。带状线传输线路通常包括夹在两个参考层和绝缘材质之间的导线迹线。传输线路和层构成 了控制阻抗。带状线与微带状传输带的不同之处在于它嵌入到两个参考层之间的绝缘材质中，带状线阻抗参考两个 平面，阻抗迹线在内层，而微波传输带只有一个参考平面，阻抗迹线在PCB板的外层（表层
Hale Waihona Puke Baidu
微带线阻抗计算公式
带线阻抗计算公式
由公式可知无论是哪一种模型，影响其大小的主要因素包括：绝缘材料 的相对介质常数Er，线宽W,介质层厚度(H,D)，导线的厚度T。
在实际的制程中，每一项参数都有其制程的变异，这些变异将影响最终线路的 阻抗值。
3.1 介质常数
介质常数是材料的特性，相同频率下不同树脂含量板料的介质常数是不同的，环氧 树脂的介质常数一般是3.5，玻璃纤维布为6.5，树脂含量越高介质常数越小.相同的树 脂含量的材料不同的测试频率情况下介质常数是不同的，一般FR4基材1MHZ为4.7， 1GHZ情况下是4.3，是呈降低趋势, 一般FR4按照4.3计算。
当信号在PCB导线中传输时，若导线的长度相当于
信
信号线长度的1/7时(1/10时)此时的导线便作为信号线
号
传输。即，低频不必考虑特性阻抗问题。
L
讯号的传输波长按照：λ=C/f （C---光速）
传输的频率越高，波长越短，当频率达GHZ的情
况时候， λ将在cm或mm单位级长度，此时必须控制
λ
导线的特性阻抗.
BH-25 S1141 S0155 1080 /2116 S0165 1080 /2116 FR406NF 1080…… PSR4000 PSR9000-A02 PSR9000-FLEX501
类型 基材 覆盖膜 基材 覆盖膜 粘结片 FR4 PP PP PP 油墨 油墨 油墨
介电常数 3.4 3.5 <4.0 <4.0 未知 <5.5 4.7 4.8 4.3 4.2 3.1 4.3
图中横坐标取了对数刻度也即频率变化范围为0.1-10000(MHZ)
有图可知同一种板料，随着测试频率的增加介电常数呈走负趋势，因而板的特性阻 抗由前面的公式可知呈走正趋势。
附：康庄电路软板、软硬结合板常用材料介质常数参考表
供应商 杜邦
台虹
生益 生益 生益 ISOLA
太阳
材料 AP8525R…… FR0110…… THKD100520JY…… FHT0525……
阻抗匹配（Impedance matching）在高频设计中是 一个常用的概念，是微波电子学里的一部分，主要用 于传输线上，来达至所有高频的微波信号皆能传至负 载点的目的，不会有信号反射回来源点，从而提升能 源效益。如果是电路板上的高速信号线的特性阻抗与 负载阻抗不匹配时，会产生震荡，辐射干扰等。
2 特性阻抗控制的意义及原理
1mil的介质层厚度引起的阻抗变化为5～8ohm。 介质层厚度增加引起阻抗变化是走正趋势。
3.3 导线宽度对阻抗的影响 导线宽度变化所引起的相应阻抗变化是：
由于导线的宽度是设计者必须根据多种 设计要求来确定的。它既要满足导线载流量 和温升的要求又要得到所期望的阻抗值。因 此对于阻抗设计而言，应该尽可能避免为了 一味追求阻抗值的精确而大幅修正线宽线距 或铜厚。但对于整个阻抗控制而言，这些变 量却又是PCB生产过程中波动最大的。
1.2特性阻抗及阻抗匹配概念的详细解释
• PCB中，当某讯号方波，在传输线组合体的讯号当中，以 高准位的正压讯号向前推进时，则在距离最近的参考层（ 如接地层）中理论上必有被该电场所感应出来的负压讯号 伴随前行。若将其飞行时间短暂加以冻结，即可想象其所 遭受到来自讯号线、介质层与参考层等共同呈现的瞬间阻 抗值，此即所谓的特性阻抗值。
3.2 介质层厚度对阻抗的影响
从之前介绍的公式中可看出，特性阻抗是与介质厚度的自然对数成正比的，因而可知介质厚度 越厚，其阻抗越大，所以介质厚度是影响特性阻值的另一个主要因素。
从上图中可以看出微带线结构的设计比起带状线设计时在相同介质厚度和材料下 具有较高的特性阻抗值一般要大20－40欧，因此对高频和高速数字信号传输大多采 用微带线结构的设计。同时，特性阻抗值将随着介质厚度的增加而增大，所以对于特 性阻抗值严格控制的高频线路来说，对覆铜板的介质厚度的误差应提出严格要求，一 般来说，其介质厚度变化最多不超过10％。对于多层板来说介质厚度还是个加工因素 ，特别是与多层层压加工密切相关因此也应严密加以控制。
讯号线的特性阻抗与终端IC的阻抗不匹配，过大
或者过小，信号传输过程将出现反射，散射，衰弱或
延迟的情况，导致噪音以及信号不完整。所以我们要
设法让阻抗板的特性阻抗值与终端IC的阻抗匹配，以
利于电路的信号传输和能源的节约。
因此，随着电子产品小型化、数字化、高频化和多功能化等的快速发展与进
步，作为电子产品中电气的互连件—PCB中的导线的作用，已不仅只是电流流通与 否的问题，而且是作为“传输线”的作用。也就是说，对于高频信号或高速数字信 号的传输用的PCB之电气测试，不仅要测试线路的“通”、“断”、“短路”等是 否合乎要求，而且还要其“特性阻抗值”是否合乎要求，只有这两方面都“合格” 了，PCB才符合允收性。
PCB阻抗知识讲解
1 相关概念---阻抗
• 1.1 当直流电流流过一个导体时候会收到一个阻力，我们称为电阻。
• R=U/I
• 当交流电流通过导体时，同样会收到一个阻力，此阻力除了电阻的阻力外 ，还有感抗和容抗的阻力, 此阻力的矢量合我们称为阻抗。
• Z= R+j ( XL–XC)
• 电容及电感的电抗分别称作电容抗及电感抗，简称容抗及感抗。它们的计 量单位与电阻一样是欧姆，而其值的大小则和交流电的频率有关系，频率 愈高则容抗愈小感抗愈大，频率愈低则容抗愈大而感抗愈小。此外电容抗 和电感抗还有相位角度的问题，具有向量上的关系式，因此才会说：阻抗 是电阻与电抗在向量上的和。 在电子通讯产品中 线路板中传输的能量，是种高低电平构成的脉冲信
3 特性阻抗的影响因素
目前阻抗的模块较多，如线路板厂广泛应用的英国Polar 公司的SI8000软件就提供了89种，但实际众多的模块最终 又可以分为两大类，即微带状Microstripline和带状Stripline两种。微带状传输带传输线路是由一条安装在可导接地层 的低损耗绝缘体上的控制宽度的可导迹线构成的。该绝缘体通常使用强化玻璃环氧树脂制造，例如 G10、FR-4 或 PTFE，用于超高频应用。带状线传输线路通常包括夹在两个参考层和绝缘材质之间的导线迹线。传输线路和层构成 了控制阻抗。带状线与微带状传输带的不同之处在于它嵌入到两个参考层之间的绝缘材质中，带状线阻抗参考两个 平面，阻抗迹线在内层，而微波传输带只有一个参考平面，阻抗迹线在PCB板的外层（表层
Hale Waihona Puke Baidu
微带线阻抗计算公式
带线阻抗计算公式
由公式可知无论是哪一种模型，影响其大小的主要因素包括：绝缘材料 的相对介质常数Er，线宽W,介质层厚度(H,D)，导线的厚度T。
在实际的制程中，每一项参数都有其制程的变异，这些变异将影响最终线路的 阻抗值。
3.1 介质常数
介质常数是材料的特性，相同频率下不同树脂含量板料的介质常数是不同的，环氧 树脂的介质常数一般是3.5，玻璃纤维布为6.5，树脂含量越高介质常数越小.相同的树 脂含量的材料不同的测试频率情况下介质常数是不同的，一般FR4基材1MHZ为4.7， 1GHZ情况下是4.3，是呈降低趋势, 一般FR4按照4.3计算。
当信号在PCB导线中传输时，若导线的长度相当于
信
信号线长度的1/7时(1/10时)此时的导线便作为信号线
号
传输。即，低频不必考虑特性阻抗问题。
L
讯号的传输波长按照：λ=C/f （C---光速）
传输的频率越高，波长越短，当频率达GHZ的情
况时候， λ将在cm或mm单位级长度，此时必须控制
λ
导线的特性阻抗.
BH-25 S1141 S0155 1080 /2116 S0165 1080 /2116 FR406NF 1080…… PSR4000 PSR9000-A02 PSR9000-FLEX501
类型 基材 覆盖膜 基材 覆盖膜 粘结片 FR4 PP PP PP 油墨 油墨 油墨
介电常数 3.4 3.5 <4.0 <4.0 未知 <5.5 4.7 4.8 4.3 4.2 3.1 4.3
图中横坐标取了对数刻度也即频率变化范围为0.1-10000(MHZ)
有图可知同一种板料，随着测试频率的增加介电常数呈走负趋势，因而板的特性阻 抗由前面的公式可知呈走正趋势。
附：康庄电路软板、软硬结合板常用材料介质常数参考表
供应商 杜邦
台虹
生益 生益 生益 ISOLA
太阳
材料 AP8525R…… FR0110…… THKD100520JY…… FHT0525……
阻抗匹配（Impedance matching）在高频设计中是 一个常用的概念，是微波电子学里的一部分，主要用 于传输线上，来达至所有高频的微波信号皆能传至负 载点的目的，不会有信号反射回来源点，从而提升能 源效益。如果是电路板上的高速信号线的特性阻抗与 负载阻抗不匹配时，会产生震荡，辐射干扰等。
2 特性阻抗控制的意义及原理
1mil的介质层厚度引起的阻抗变化为5～8ohm。 介质层厚度增加引起阻抗变化是走正趋势。
3.3 导线宽度对阻抗的影响 导线宽度变化所引起的相应阻抗变化是：
由于导线的宽度是设计者必须根据多种 设计要求来确定的。它既要满足导线载流量 和温升的要求又要得到所期望的阻抗值。因 此对于阻抗设计而言，应该尽可能避免为了 一味追求阻抗值的精确而大幅修正线宽线距 或铜厚。但对于整个阻抗控制而言，这些变 量却又是PCB生产过程中波动最大的。