在 PCB 設(shè)計(jì)領(lǐng)域，“阻抗” 是決定信號(hào)能否穩(wěn)定傳輸?shù)年P(guān)鍵。不少工程師曾因忽視阻抗匹配，遭遇信號(hào)反射、串?dāng)_等問題，導(dǎo)致產(chǎn)品調(diào)試反復(fù)卡殼。其實(shí)，只要掌握阻抗計(jì)算的核心邏輯，從參數(shù)準(zhǔn)備到軟件實(shí)操都能輕松應(yīng)對(duì)。今天這篇文章，用通俗語言拆解阻抗計(jì)算全流程，附詳細(xì)案例，新手也能快速上手！

一、為什么必須做阻抗計(jì)算？信號(hào) “跑不動(dòng)” 的根源在這

當(dāng)電壓電流在傳輸線中傳播時(shí)，若特性阻抗不一致，就會(huì)像聲音碰到墻壁產(chǎn)生回聲一樣，出現(xiàn) “信號(hào)反射”。在信號(hào)完整性領(lǐng)域，反射、串?dāng)_、電源平面切割等常見問題，本質(zhì)上都是 “阻抗不連續(xù)” 導(dǎo)致的。

尤其是高頻、高速 PCB 設(shè)計(jì)，阻抗不匹配會(huì)直接影響信號(hào)傳輸速度和穩(wěn)定性，甚至導(dǎo)致產(chǎn)品功能失效。因此，通過精準(zhǔn)計(jì)算實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，是保障 PCB 性能的核心步驟，缺一不可！

二、3 類核心阻抗模型，一張圖分清內(nèi)層 / 外層差異

做阻抗計(jì)算前，首先要明確 “用什么模型算”。常用的 Polar.SI9000 工具，主要圍繞 3 類阻抗模型展開，每類模型又細(xì)分內(nèi)層、外層版本，具體分類如下：

特性阻抗模型：外層特性阻抗模型、內(nèi)層特性阻抗模型

差分阻抗模型：外層差分阻抗模型、內(nèi)層差分阻抗模型

共面性阻抗模型：外層共面特性阻抗、內(nèi)層共面特性阻抗、外層共面差分阻抗、內(nèi)層共面差分阻抗

各類模型的結(jié)構(gòu)差異，可參考下圖直觀理解：

三、計(jì)算前必懂：7 個(gè)必要條件 + 6 個(gè)影響因素

阻抗計(jì)算不是 “隨便填數(shù)”，需先明確核心參數(shù)，再理清影響因素，才能保證結(jié)果準(zhǔn)確。

1. 7 個(gè)必要條件：少一個(gè)都算不了

就像做飯需要食材，阻抗計(jì)算必須提前準(zhǔn)備以下 7 個(gè)參數(shù)：

板厚：PCB 整體厚度

層數(shù)：包含信號(hào)層數(shù)、電源層數(shù)

板材：如 FR-4、Rogers 等

表面工藝：鍍金、噴錫等

阻抗值：設(shè)計(jì)目標(biāo)（如 50Ω、90Ω）

阻抗公差：允許的誤差范圍（如 ±10%）

銅厚：內(nèi)層、外層銅箔厚度（1OZ=0.035mm，常用單位）

2. 6 個(gè)關(guān)鍵影響因素：參數(shù)含義看這張圖

阻抗數(shù)值會(huì)受 6 個(gè)因素影響，每個(gè)因素的具體定義，可通過下圖中的參數(shù)標(biāo)注理解：

各參數(shù)具體含義如下：

H1：介質(zhì)厚度（PP 片或板材，不含銅厚）

Er1：介電常數(shù)（多種 PP / 板材壓合時(shí)取平均值）

W1：阻抗線下線寬；W2：阻抗線上線寬

T1：成品銅厚

Cer：綠油介電常數(shù)（固定值 3.3）

C1：基材綠油厚度（通常按 0.8mil 計(jì)算）

C2：銅皮 / 走線上綠油厚度（通常按 0.5mil 計(jì)算）

Zo：最終計(jì)算的阻抗理論值

3. 小技巧：上下線寬關(guān)系表

上下線寬（W1 和 W2）并非固定值，會(huì)受銅厚、工藝影響，具體對(duì)應(yīng)關(guān)系可參考下表，計(jì)算時(shí)直接查表即可：

（注：表中 W0 為設(shè)計(jì)線寬，S0 為設(shè)計(jì)線距，不同銅厚、工藝對(duì)應(yīng)不同偏移值）

四、板材參數(shù)速查：FR-4、Rogers 不用再翻手冊(cè)

板材的介電常數(shù)、厚度是阻抗計(jì)算的核心輸入，不同板材參數(shù)差異大，這里整理了常用板材的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，直接套用即可。

1. 普通 FR-4 芯板：生益及同等材料

FR-4 是最常用的板材，生益 FR-4 芯板的厚度（mm/mil）與介電常數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系如下，設(shè)計(jì)時(shí)按板厚需求選擇：

2. PP 片（半固化片）：常用型號(hào)參數(shù)固定

PP 片是層壓的關(guān)鍵材料，常見型號(hào)的厚度和介電常數(shù)如下：

106 型：厚度 0.04mm

1080 型：厚度 0.06mm

2116 型：厚度 0.11mm

7628 型：厚度 0.19mm

具體參數(shù)可參考下表：

3. Rogers 板材：高頻設(shè)計(jì)必備

高頻 PCB 常用 Rogers 板材，其介電常數(shù)穩(wěn)定，關(guān)鍵參數(shù)如下：

Rogers4350：0.1mm 厚度介電常數(shù) 3.36，其他厚度 3.48

Rogers4003：介電常數(shù) 3.38

Rogers4403 半固化片：介電常數(shù) 3.17

4. 層壓注意事項(xiàng)：避免 “踩坑”

多層板由芯板和 PP 片壓合而成，需遵守 4 個(gè)規(guī)則，避免層間錯(cuò)位、外觀差等問題：

不允許 4 張及以上 PP 片疊放，易 “滑板”（層間錯(cuò)位）

7628 型 PP 片不能放外層，表面粗糙影響外觀

3 張 1080 型 PP 片不能放外層，同樣易滑板

芯板（CORE）厚度≥0.11mm，6 層板用 2 塊芯板，8 層板用 3 塊芯板

五、實(shí)測(cè)厚度≠理論厚度！這個(gè)公式幫你校準(zhǔn)

計(jì)算時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)，理論板厚和實(shí)際測(cè)量值有偏差，問題出在 “銅厚” 和 “殘銅率” 上。

1. 殘銅率：怎么定義？怎么取值？

殘銅率是 “板上有銅面積 / 整板面積” 的比值：

未加工原材料：100%

蝕刻光板：0%

電源地平面：通常取 70%

信號(hào)層：通常取 23%

表層：取 1（默認(rèn)全銅覆蓋）

2. 實(shí)測(cè)厚度計(jì)算公式

想得到準(zhǔn)確的實(shí)測(cè)厚度，用以下公式計(jì)算：實(shí)測(cè)厚度 = 理論厚度 - 銅厚 1×(1-X1)- 銅厚 2×(1-X2)（X1、X2 為對(duì)應(yīng)層的殘銅率，銅厚單位：1OZ=0.035mm）

理論厚度與實(shí)測(cè)厚度的差異，可參考下圖理解：

六、實(shí)戰(zhàn)案例：6 層板阻抗計(jì)算全流程

光說不練假把式，這里以 6 層板為例，帶大家從需求分析到結(jié)果輸出，完整走一遍阻抗計(jì)算步驟。

1. 明確設(shè)計(jì)需求（已知條件）

板厚：1.2mm（允許誤差 ±0.12mm）

板材：FR-4

層數(shù)：6 層

銅厚：內(nèi)層 1OZ，表層 0.5OZ

目標(biāo)阻抗：表層 50Ω 單線阻抗，內(nèi)層 90Ω 差分阻抗

2. 設(shè)計(jì)層壓結(jié)構(gòu)

根據(jù)芯板、PP 片參數(shù)，結(jié)合板厚需求，設(shè)計(jì)的 6 層層壓結(jié)構(gòu)如下，關(guān)鍵參數(shù)已標(biāo)注：

關(guān)鍵計(jì)算：PP 片實(shí)測(cè)厚度

PP（3313）實(shí)測(cè)值 = 0.1034mm（理論值）-0.035/2mm×(1-1)（表層 0.5OZ，殘銅率 1）-0.035mm×(1-0.7)（內(nèi)層 1OZ，殘銅率 70%）=0.0929mm=3.65mil

PP（7628*3）實(shí)測(cè)值 = 0.1951×3mm（理論值）-0.035×(1-0.23)（內(nèi)層 1OZ，信號(hào)層殘銅率 23%）×2=0.5314mm=20.92mil

總厚度驗(yàn)證

板子總厚度

= 0.5OZ+3.65mil+1OZ+5.1mil+1OZ+20.92mil+1OZ+5.1mil+1OZ+3.65mil+0.5OZ=1.15mm，符合 1.2±0.12mm 的要求。

3. 表層 50Ω 單線阻抗計(jì)算（SI9000 實(shí)操）

打開 SI9000 軟件，選擇 “外層特性阻抗模型”，填入層壓參數(shù)（H1=3.65mil、Er1=3.85、T1=0.69mil 等），計(jì)算得出理論線寬 W0=6.8mil。

考慮到實(shí)際走線難度，可微調(diào)線寬：當(dāng)線寬調(diào)整為 5.5mil 時(shí)，阻抗 Zo=54.82Ω，在 50Ω±10%（45-55Ω）的公差范圍內(nèi)，符合要求。

計(jì)算界面參考

5. 最終計(jì)算結(jié)果匯總

所有阻抗計(jì)算結(jié)果整理如下，設(shè)計(jì)時(shí)可直接參考：

總結(jié)

阻抗計(jì)算看似復(fù)雜，實(shí)則是 “參數(shù)準(zhǔn)備→模型選擇→軟件計(jì)算→結(jié)果微調(diào)” 的標(biāo)準(zhǔn)化流程。只要掌握必要參數(shù)的含義、板材特性和層壓規(guī)則，再結(jié)合實(shí)際案例練習(xí)，就能輕松搞定。希望這篇文章能幫你避開信號(hào)完整性的 “坑”，讓 PCB 設(shè)計(jì)更高效！

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