阻抗PCB疊層設計是硬件工程師和PCB工程師必備技能之一，Layout工程師會依據疊層設計進行Layout設計，包括線寬、線距、差分走線等設置 。特性阻抗匹配是指在信號能量傳輸時，要求負載阻抗要和傳輸線的特征阻抗相等，此時的傳輸不會產生反射，這表明所有能量都被負載吸收了，反之則在傳輸中有能量損失，故掌握特性阻抗的計算也很重要。
1.阻抗分類
（1）單端阻抗（Single?Ended?Impedance）：單根信號線測得的阻抗（常用）；
（2）差分阻抗（Differential?Impedance）：差分驅動時在兩條等寬等距的傳輸線測得的阻抗（常用）；
（3）共面阻抗（Coplanar?Impedance）：信號線在其周圍GND/VCC之間傳輸時所測試到得阻抗（不常用）。
2.阻抗影響因素
（1）正比因素：線路層與接地層間介質厚度H1/H2/H3、相鄰線路與線路間的距離S；
（2）反比因素：介電常數Er、線底寬度W1、線面寬度W2、銅厚T、基材阻焊厚度C1、線面阻焊厚度C2、線間阻焊厚度C3、阻焊介電常數CEr。
故關系式可以理解為Z=HS/Er*W*T*C*CEr。
3.疊層設計
（1）確定基材：根據產品的使用環境要求和板廠備料情況，選擇合適的PCB板材（提取Er），常見的有：Tg=150的生益S1411 150板材，Tg=180的臺耀TU-768板材。
（2）確定板厚：根據產品要求或者設備結構要求，確定線路板的成品板厚，常見的有：0.8mm、1.0mm、1.2mm、1.6mm、2.0mm，誤差一般為10%。
（3）確定板層數：根據元器件的密集程度以及信號復雜程度，確定線路板的布線層數，常見的有：單層、雙層、4層、6層、8層及以上。
（4）確定布線層布局：根據產品的特性進行布線層的布局，比如4層板有：Top(Singel)-L2(GND)-L3(GND/VCC)-Bottom(Singel)，此方式適用于大部分的電子設備，SI性能較好；Top(GND)-L2(Singel/VCC)-L3(Singel/VCC)-Bottom(GND)，此方式適用于射頻類電子設備，EMI性能較好。
（5）確定特性阻抗值：根據產品的所有信號類型及特性，確定所有需要管控特性阻抗的阻抗值，常見的有：單端特性阻抗=45/50/55/60歐姆，差分特性阻抗=85/90/100歐姆。
（6）設計疊層參數：依據所需阻抗值，使用Polar-Si9000軟件設計管控信號線的各層線寬、線距、層間介質厚度、銅厚、阻焊厚度等參數設計合理的疊層參數，一般線寬選擇≥4mil、線距選擇≥5mil，信號層和參考層的介質厚度在2.5mil≤H≤6mil，內層銅厚=1oz，外層銅厚+Plating=0.5oz。
（7）設計疊層表：設計疊層表以供板廠確認，板廠會進行微調及確認，得到最終的疊構表。如下圖1所示為通用型疊層表，圖2為專用型疊層表。
注：通用型疊層表：需要額外提供疊層信息給板廠，并將表格中不需要管控特性阻抗部分的信息隱藏起來，只留需要管控的部分。
專用型疊層表：疊層信息比較全面，無需額外提供資料，管控的特性阻抗也提取出來。

圖1　4層板通用型疊層表



圖2  　4層板專用型疊層表
4.特性阻抗計算
Polar-Si9000軟件是大多數工程師首選的阻抗特性計算軟件，該軟件共提供了93種阻抗計算模式，完全滿足大部分PCB板阻抗計算要求，且計算結果的準確度和精度較高。當選擇不同的阻抗計算模式時，其計算公式的因子略微不同，其基本因素就是上述提到的H、S、Er、W1、W2、C1、C2、C3、CEr。線寬分為W1和W2的原因見下圖3制作流程。生產中蝕刻藥水對至上而下銅表面進行腐蝕，因此蝕刻出來的線寬會呈現出梯形，W1與W2的差值與銅厚相關，其差值一般為0.3-1.6mil之間，具體如下：
（1）內層：銅厚T=1oz時，W1=W2+0.5mil；銅厚T=2oz時，W1=W2+1.2mil ；
（2）外層：銅厚T=1oz時，W1=W2+1.0mil；銅厚T=2oz時，W1=W2+1.6mil ；；
（3）與板廠確認W1和W2的關系。

圖3　制作流程

如下圖4所示是Polar-Si9000的 Edge-Coupled Coated Microstrip 1B模式，現可確定的參數有（板材、油墨、銅厚確定后）：Er1=4.2、T1=1.4mil、C1=0.5mil、C2=0.4mil、C3=0.5mil、CEr=3.85；H1設定為5mil。剩下的可調參數為（差分的線寬和線距）：W1、W2、S1。此時可以嘗試著先定S1，再定W1和W2，或者先定W1和W2，再定S1都可以。比如先定S1=7.5mil，然后慢慢的調整W1和W2數值，直至特性阻抗值達到預計值（Z=100oz），此時W1=6.6，W2=5.6。此時就算完成了該層100歐姆差分特性阻抗的計算，如果該層或者其它層還有特性阻抗要求，還需要按此方式去再計算，直至把整個PCB設計的特性阻抗都計算出來。

圖4　差分特性阻抗100歐姆計算