【PCB设计特别篇之阻抗计算】还在用SI9000进行阻抗计算？

        有了叠层信息后，才可以进行阻抗计算，走线阻抗与线宽、线距、介质厚度、绿油厚度、介质介电常数、铜箔厚度等一些信息相关，所以要现有叠层，才能进行阻抗计算。

        阻抗计算的工具有很多，下面介绍几种：

        1、SI9000，这是一款传统的阻抗计算工具，优点是功能全、模型多、计算结果较准确，有些工厂也用这个，缺点是要手动填入所选走线模型的各项数据，不是很友好。

        功能一：点选下方标签Lossless calculate，这里指无损计算，不考虑信号频率的影响，只是计算走线阻抗就用这一项。可以用来计算不同走线模型下的走线阻抗，也可以在预置阻抗要求下，反算线宽、介质厚度、绿油厚度等参数。

        功能二：frequency dependent calculation，频率相关的计算，可以用来分析相关走线模型下不同信号频率的衰减，填入走线长度、走线电导率、损耗角正切、信号上升时间、频率范围后，点击calculate，下面就会生成此模型下的在一段频率范围内的衰减曲线。其中smooth conductor loss：光滑导体损耗，dielectric loss：介质损耗，smooth attenuation，光滑导体衰减，conductor loss with roughness：粗糙导体损耗，attenuation with roughness：粗糙导体衰减。这里光滑导体衰减=光滑导体损耗+介质损耗，粗糙导体衰减=粗糙导体损耗+介质损耗。另外信号传输还有一部分辐射损耗，这部分能量很小，这里忽略。

        功能三：sensitivity analysis，敏感分析，可以分析不同参数变化时，对应阻抗的变化，如下图所示为介质厚度变化时，对应的阻抗变化。变化参数可以选择模型中所有标示出来的任一参数，当然通常在设计中，绿油厚度（IPC有三级标准，一级为目视全覆盖，二级为0.4mil，三级为0.7mil，厂家做出来通常为0.4~0.8都有，计算的时候可以设置为0.5mil）、介质介电常数（通常PP的介电常数Er为4.2）、铜厚（通常表层走线1Oz，即1.4mil，内层走线0.5Oz，即0.7mil）是已知固定的，随设计变化的有线宽、线距、介质厚度。

        还可以设置在固定阻抗条件下，计算其他参数的对应关系。如下图所示为阻抗固定位75欧姆时，线宽和介质厚度的对应关系：

        功能四：Via check，过孔检查，这里有两项功能，一是可以检查当前信号速率下（或频率、上升时间），过孔的stub长度是否能满足要求，如果满足，左边图上的stub部分是绿色的，如果stub变长，右边的图上会有从绿色到黄色最后到红色的变化，设计时要确保是绿色的。二是可以查看过孔的阻抗，填入孔径、反焊盘直径、内层介电常数就会自动生产阻抗值，设计时要保证此阻抗与走线阻抗的连续性。

        下面介绍这款软件的走线模型：

        从左到右依次为：

        单端走线、差分走线、无参考层差分走线、共面单端走线（就是走线旁边包地，以旁边的地铜皮为参考）、盖绿油的共面单端走线、内层共面单端走线、有参考层的内层共面单端走线、共面差分走线、盖绿油的共面差分走线、内层共面差分走线、有参考层的内层共面差分走线、参考层挖空的共面单端走线、参考层挖空的共面差分走线，这些具体什么含义，大家点开软件对着图形一看便知。

        对于常规的多层板设计，常用模型一般也就以下几种：

        1、单端盖绿油的微带线。填写右边表中的参数，叠层选定后，介质厚度H1、介质介电常数Er1、走线厚度T1、绿油厚度C1 C2、绿油介电常数CEr是确定的，可以通过设置线宽来计算阻抗，也可以通过设置阻抗来反算线宽。

        2、差分盖绿油微带线，参数和上面类似，多了个差分线距。

        3、单端带状线。相对单端微带线多了层介质和参考层。

        4、差分带状线。

        其他模型不列举了，大家根据实际情况进行选择即可。

        SI9000的阻抗计算就介绍到这里，软件的其他详细功能后面有需要再详细摸索。

        2、华秋DFM。这款软件同样集成了不少功能，也可以进行阻抗计算，只不过模型没有SI9000多，但用来设计估算也基本够用了。

        假设我们现在已经用此软件叠了一个假8层的结构，阻抗列表里随便填了一些阻抗需求，点击每一层的阻抗需求，左下角就会出现相应的模型，此模型下的各项参数也会自动带出，这里不需要像SI9000那样去手动填。

        点击选中每一层的阻抗需求，在最下面的方框中填入目标阻抗，点击反算，软件就能计算出走线宽度，如果是差分走线，可以先预设线距，再反算线宽，也可以先预设线宽，再反算线距。也可以填入线宽线距，然后计算阻抗值。

        3、嘉立创的网页版阻抗计算神器。网页为：嘉立创阻抗计算。一般板厂都会有类似的阻抗计算工具。填入板厚、层数这些信息，添加好需要的阻抗，点击计算，此工具会自动计算出各层线宽，并推荐几种层叠结构。这种方法的逻辑是反的，且该工具无法推荐出假8层的层叠。一般情况下，我建议是先有层叠结构，然后再在此结构上去计算线宽。

        4、阻抗和叠层设计还有其他工具，比如ICD stackup planner，私人开发的allegro skill工具等等，不一一介绍，大家可以自行去探索。