### PCB叠层设计及阻抗计算相关知识点
#### 前言
PCB（Printed Circuit Board，印制电路板）的设计过程中，叠层设计与阻抗控制是至关重要的两个方面。合理的叠层设计能够有效减少信号干扰、提高信号完整性，并且在一定程度上降低制造成本。而阻抗控制则是确保高速信号传输质量的关键因素之一。本文将基于《PCB叠层设计及阻抗计算.pdf》的相关内容，详细介绍不同类型的PCB叠层设计以及阻抗计算方法。
#### 第一章 阻抗计算工具及常用计算模型
阻抗计算对于PCB设计至关重要，尤其是对于高速电路而言更是如此。本章节主要介绍常用的阻抗计算工具及模型。
##### 1.0 阻抗计算工具
阻抗计算工具的选择取决于具体的应用需求和个人偏好。常用的工具包括：
- **微带线和带状线的阻抗计算器**：这些工具通常基于精确的电磁场理论计算阻抗。
- **PCB设计软件自带的阻抗计算功能**：如Altium Designer、Cadence等软件都内置了阻抗计算模块。
##### 1.1 阻抗计算模型
阻抗计算模型主要用于预测信号线的特性阻抗值，以便进行精确的阻抗匹配设计。根据信号线的位置和结构，可以分为以下几类模型：
- **1.11 外层单端阻抗计算模型**：适用于位于PCB最外层的单端信号线。这类模型考虑了信号线与地平面之间的距离等因素。
- **1.12 外层差分阻抗计算模型**：适用于位于PCB最外层的差分信号线。此类模型除了考虑信号线与地平面的距离外，还会考虑两条信号线之间的相对位置。
- **1.13 外层单端阻抗共面计算模型**：针对外层单端信号线的共面结构，模型考虑了信号线与邻近的信号线和平面之间的相互作用。
- **1.14 外层差分阻抗共面计算模型**：针对外层差分信号线的共面结构，模型同样考虑了信号线与邻近的信号线和平面之间的相互作用。
- **1.15 内层单端阻抗计算模型**：适用于位于PCB内部层的单端信号线。这类模型通常会考虑信号线两侧的地平面分布情况。
- **1.16 内层差分阻抗计算模型**：适用于位于PCB内部层的差分信号线。模型除了考虑信号线两侧的地平面分布情况外，还会考虑两条信号线之间的距离。
- **1.17 内层单端阻抗共面计算模型**：针对内层单端信号线的共面结构，模型考虑了信号线与邻近的信号线和平面之间的相互作用。
- **1.18 内层差分阻抗共面计算模型**：针对内层差分信号线的共面结构，模型同样考虑了信号线与邻近的信号线和平面之间的相互作用。
- **1.19 嵌入式单端阻抗计算模型**：用于计算嵌入式单端信号线的阻抗值，这类信号线通常位于PCB的不同层之间。
- **1.20 嵌入式单端阻抗共面计算模型**：用于计算嵌入式单端信号线在共面结构下的阻抗值。
- **1.21 嵌入式差分阻抗计算模型**：用于计算嵌入式差分信号线的阻抗值。
- **1.22 嵌入式差分阻抗共面计算模型**：用于计算嵌入式差分信号线在共面结构下的阻抗值。
#### 第二章 双面板设计
双面板是PCB设计中最基本的形式之一，其叠层结构简单，但合理的设计同样重要。
##### 2.0 双面板常见阻抗设计与叠层结构
- **2.1 50Ω/100Ω||0.5mm**：该结构为典型的双面板叠层设计，其中信号线的特性阻抗分别为50Ω和100Ω，板厚为0.5mm。
- **2.2 50Ω||100Ω||0.6mm**：与上一种结构类似，但板厚为0.6mm。
- **2.3 50Ω||100Ω||0.8mm**：板厚为0.8mm的设计。
- **2.4 50Ω||100Ω||1.6mm**：板厚增加至1.6mm的设计。
- **2.5 50Ω/70Ω||1.6mm**：特性阻抗为50Ω和70Ω的设计，板厚为1.6mm。
- **2.6 50Ω||0.9mm||Rogers Er=3.5**：使用Rogers材料（介电常数Er=3.5）的设计，板厚为0.9mm。
- **2.7 50Ω||0.9mm||Arlon Diclad 880 Er=2.2**：使用Arlon Diclad 880材料（介电常数Er=2.2）的设计，板厚为0.9mm。
#### 第三章 四层板设计
四层板相比于双面板增加了两个内层，可以更灵活地布置信号和电源/地平面。
##### 3.0 四层板叠层设计方案
四层板的叠层方案更加复杂多样，可以根据不同的应用需求选择合适的结构。
- **3.10 SGGS||50Ω/55Ω/60Ω||90Ω/100Ω||0.8mm/1.0mm/1.2mm/1.6mm/2.0mm**：该结构为四层板叠层设计，其中S表示信号层，G表示接地层。特性阻抗范围从50Ω到100Ω不等，板厚有多种选择。
- **3.11 SGGS||50Ω/55Ω/60Ω||90Ω/100Ω||0.8mm/1.0mm/1.2mm/1.6mm/2.0mm**：与3.10类似，但具体的参数可能有所不同。
- **3.12 SGGS||50Ω/55Ω/60Ω||90Ω/95Ω/100Ω||1.6mm**：固定板厚为1.6mm的设计。
- **3.13 SGGS||50Ω/55Ω/60Ω||85Ω/90Ω/95Ω/100Ω||1.0mm/1.6mm**：提供了两种板厚选项。
- **3.14 SGGS||50Ω/55Ω/75Ω||100Ω||1.0mm/2.0mm**：提供了两种不同的特性阻抗组合。
- **3.15 GSSG||50Ω||100Ω||1.0mm**：与3.10类似，但信号线和接地层的排列顺序有所不同。
- **3.16 SGGS||75Ω||100Ω/105Ω||1.3mm/1.6mm**：提供了两种不同的板厚选择。
- **3.17 SGGS||50Ω/100Ω||1.3mm**：特性阻抗为50Ω和100Ω的设计，板厚为1.3mm。
- **3.18 SGGS||50Ω/100Ω||1.6mm**：与3.17类似，但板厚为1.6mm。
- **3.19 SGGS||50Ω||1.6mm||混压**：使用混合压合技术的设计。
- **3.20 SGGS||50Ω||1.6mm||混压**：与3.19类似，但具体的实现方式可能有所不同。
- **3.21 SGGS||50Ω||100Ω||2.0mm**：板厚为2.0mm的设计。
#### 第四章 六层板设计
随着层数的增加，六层板可以提供更复杂的叠层结构，满足更多样化的应用需求。
##### 4.0 六层板叠层设计方案
- **4.10 SGSSGS||50Ω/55Ω||90Ω/100Ω||1.0mm**：六层板的典型设计之一，板厚为1.0mm。
- **4.11 SGSSGS||50Ω||90Ω/100Ω||1.0mm**：与4.10类似，但具体的参数有所不同。
- **4.12 SGSSGS||50Ω||90Ω/100Ω||1.6mm**：板厚为1.6mm的设计。
- **4.13 SGSGGS||50Ω||90Ω/100Ω||1.6mm**：与4.12类似，但信号层和接地层的排列顺序有所变化。
- **4.14 SGSGGS||50Ω||90Ω/100Ω||1.6mm**：与4.13类似，但具体的参数可能有所不同。
- **4.15 SGSSGS||50Ω/75Ω||100Ω||1.6mm**：提供了两种不同的特性阻抗组合。
- **4.16 SGSSGS||50Ω||90Ω/100Ω||1.6mm**：与4.15类似，但具体的参数有所不同。
- **4.17 SGSSGS||50Ω||100Ω||1.6mm**：特性阻抗为50Ω和100Ω的设计。
- **4.18 SGSSGS||50Ω/60Ω||90Ω/100Ω||1.6mm**：提供了更多的特性阻抗组合。
- **4.19 SGSSGS||50Ω/60Ω||100Ω/110Ω||1.6mm**：与4.18类似，但具体的参数有所不同。
- **4.20 SGSSGS||50Ω||90Ω/100Ω||1.6mm**：与4.17类似，但具体的参数可能有所不同。
- **4.21 SGSSGS||65Ω/75Ω||100Ω||1.6mm**：提供了两种不同的特性阻抗组合。
- **4.22 SGSGGS||50Ω/55Ω||85Ω/90Ω/100Ω||1.6mm**：与4.10类似，但提供了更多的特性阻抗组合。
- **4.23 SGSSGS||50Ω/55Ω||90Ω/100Ω||1.6mm**：与4.10类似，但具体的参数可能有所不同。
- **4.24 SGSGGS||50Ω/55Ω||90Ω/100Ω||1.6mm**：与4.23类似，但信号层和接地层的排列顺序有所不同。
- **4.25 SGSGGS||50Ω||90Ω/100Ω||1.6mm**：与4.13类似，但具体的参数可能有所不同。
- **4.26 SGGSGS||50Ω/60Ω||90Ω/100Ω||1.6mm**：提供了更多的特性阻抗组合。
- **4.27 SGSGGS||37.5Ω/50Ω||100Ω||2.0mm**：与4.20类似，但板厚为2.0mm。
- **4.28 SGSGGS||37.5Ω/50Ω||100Ω||2.0mm**：与4.27类似，但具体的参数可能有所不同。
- **4.29 SGSGGS||37.5Ω/50Ω||100Ω||2.0mm**：与4.28类似，但具体的参数可能有所不同。
- **4.30 SGSGGS||37.5Ω/50Ω||100Ω||2.0mm**：与4.29类似，但具体的参数可能有所不同。
#### 第五章 八层板设计
八层板的设计进一步增加了设计的灵活性，可以满足更复杂电路的需求。
##### 5.0 八层板叠层设计方案
- **5.10 SGSSGSGS||50Ω/55Ω||90Ω/100Ω||1.0mm**：八层板的典型设计之一，板厚为1.0mm。
- **5.11 SGSGGSGS||50Ω/55Ω||90Ω/100Ω||1.0mm**：与5.10类似，但信号层和接地层的排列顺序有所不同。
- **5.12 SGSGGSGS||55Ω||90Ω/100Ω||1.0mm**：与5.11类似，但具体的参数有所不同。
通过上述介绍可以看出，在进行PCB设计时，叠层结构和阻抗控制都是非常关键的因素。合理的设计不仅能够提高信号质量和系统稳定性，还能有效降低成本。因此，在实际设计过程中，设计师需要综合考虑各种因素，选择最适合的叠层方案和阻抗控制策略。
