設計具有 50 歐姆阻抗的 4 層 PCB 疊層

閱讀有關 PCB 設計的任何指南，您會看到提及 50 歐姆阻抗、達到所述阻抗所需的走線寬度以及它們與疊層的關系。您可能還看過一些在線計算器，它們可用于確定達到 50 歐姆阻抗所需的走線寬度。現實情況是，如果您沒有可制造的 PCB 疊層，那么這些計算器或指南都不是很有用。4 層堆疊是當今大多數設計的良好起點，包括需要 50 歐姆阻抗的設計。

這種確保可制造性的需求將決定設計具有 50 歐姆阻抗的 4 層 PCB 疊層所需的走線寬度限制。繼續閱讀以了解可制造性將如何影響您選擇的 4 層堆疊中達到 50 歐姆阻抗所需的走線寬度。

假設您知道您的設計需要在 4 層 PCB 疊層上具有 50 歐姆阻抗，同時還需要具有1.57 毫米（62 密耳）的標準厚度。在這種情況下，您將受到可用層堆棧排列和材料選項的限制。制造商將為其客戶保留某些材料。否則，他們將外包制造，或者他們可能需要專門為您的電路板進行特殊訂單，這會增加您的成本。這就是資深 PCB 設計師會告訴您盡早聯系制造商以確保您的疊層可制造的原因之一。

達到 50 歐姆意味著您需要為您的特定疊層選擇正確的走線寬度。例如，有幾個因素會限制您的可用走線寬度在 4 層堆疊中達到 50 歐姆：

• 可用材料：請記住，FR4 層壓板沒有特定的介電常數 (Dk) 值，該值是您的走線阻抗的重要決定因素。FR4 層壓板的 Dk 范圍從大約 4.0 到 4.8，具體取決于疊層材料。

• 層壓板厚度：用于 PCB 疊層的 FR4 層壓板也將具有特定的厚度；您不能隨意混合搭配您想要的任何層壓板。您可以要求內層和外層的特定厚度，制造商將盡最大努力將疊層構建到標準厚度。

如果您需要特定的走線寬度和材料，獲得 50 歐姆阻抗的唯一其他選擇是使用非標準厚度。例如，Mini PCIe 卡的厚度為 1 毫米，而不是標準的 1.57 毫米。因此，根據核心、外層預浸料和總厚度要求，PCB 走線寬度會有所不同。

下圖顯示了大多數制造商提供的典型 4 層 PCB 疊層結構。它由一個厚芯（約 42 密耳）和 2 層預浸料層（每層 7 密耳）組成。標準的 4 層堆疊使用兩個內層用于電源和接地，而兩個外層用于組件和走線布線。設置為地的內層將決定表層走線的阻抗。

典型的 4 層 PCB 堆疊。

此處，走線阻抗將由 Dk 值決定，該特定預浸料的 Dk 值為 4.1。請注意，其他預浸料將具有不同的 Dk 值，該值還取決于您設計的相關頻率。關于頻率的這一點是一個更高級的討論，所以我們將留到另一個時間。

現在，讓我們假設您知道需要在上面顯示的疊層中達到 50 歐姆阻抗。然后，使用標準 PCB 走線阻抗計算器或使用教科書中的公式，您會發現所需的走線寬度為 13 密耳。因此，只需將 PCB 布線器中的走線寬度約束設置為 13 密耳，您的布線都將精確地為 50 歐姆。

關于這一點，有幾點需要注意。首先，如果您將一些銅澆注太靠近頂層或底層的 50 歐姆跡線，阻抗將被修改。請注意，您需要將表面層上的任何銅澆注與走線分開大約兩倍走線寬度的距離（在這種情況下為 26 密耳間隔）。其次，銅箔厚度（或銅重量）可能不同，盡管厚度也被標準化為 0.5 盎司/平方米。英尺或 1.0 盎司/平方英尺 英尺

覆銅和 13 mil 走線之間的 26 mil 間隙足以確保 50 Ohm 阻抗。

底線是：在規劃具有 50 歐姆阻抗的 4 層 PCB 疊層時，請咨詢您的制造商。他們可以為您提供一些疊層選項，并且可以告訴您要使疊層材料達到 50 歐姆所需的走線寬度。

一個問題尚未發布：您甚至需要50 歐姆阻抗嗎？答案是“視情況而定”。這是新設計師有時會忽略的信號完整性的重要部分。大多數數字協議使用 50 歐姆的單端阻抗，但前提是走線足夠長。一些不同的指南規定了何時走線太長以至于需要 50 歐姆阻抗。

您經常看到 PCB 布線指南指出，走線應盡可能短，以避免將阻抗設置為 50 歐姆。這樣，您可以使用更細的走線，而不必擔心與長走線相關的信號完整性問題。為“長”跡線定義適當限制的問題是一個復雜的問題，您會在 Internet 上的許多指南中看到幾個答案。現在，我將把它保存到另一個博客中，因為它是一個涉及一些數學的復雜主題。但是，為安全起見，使用最佳 PCB 布局和布線軟件將所有走線設置為 50 歐姆阻抗所需的寬度并沒有什么壞處。

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