影响特性阻抗的因素-信号与电源完整性分析
影响特性阻抗的因素：
根据理想传输线特性阻抗的表达式，任何影响传输线单位长度电感和单位长度电容的因素都会影响传输线的特性阻抗。影响特性阻抗的因素主要有以下4种：线宽、介质厚度、介电常数、走线的铜箔厚度。PCB设计过程中有一项重要的工作就是层叠设计，对于阻抗控制电路板，层叠设计的时候就需要综合考虑线宽、介质厚度(层数及板厚)、介电常数(板材)、铜箔厚度等因素的影响。
1.线宽的影响
线宽变化会影响单位长度电感L,进而影响特性阻抗。矩形走线的自感可以近似表示为
其中，L为走线长度，w为线宽，t为铜箔厚度。当L 》w+t时，电感大小主要由
决定，线宽越大，电感就越小。线宽越大，电流就越分散，电感越小。线宽越小，电流越集中，电感越大。这也是电感的一个重要特征。
另一方面，线宽变化会影响单位长度电容。线宽越大，走线和平面之间的电力线越多地集中在介质区域，单位长度电容也越大，理解这一点最简单的方法就是从平板电容入手。平板电容参数和电容量关系如图3-19所示，平板导体的面积越大，电容越大。PCB走线的线宽和单位电容的大小也满足类似的变化趋势。
要想得到PCB走线线宽和单位长度电容及单位长度电感之间的准确关系，最好的办法就是使用场求解器。图3-20显示了介电常数为4.4的FR4板材上，介质厚度为3.6 mil时，表层微带线的线宽从4 mil增加到12 mil时，单位长度电感和单位长度电容随线宽变化的情况。其结果和我们定性分析得到的结论完全一致。
如果其他3个影响因素都确定不变，线宽越大，单位长度电感越小，单位长度电容越大，因而特性阻抗就越小。图3-21显示了表层微带线的线宽从4 mil增加到12 mil时传输线特性阻抗的变化情况。线宽为4 mil时特性阻抗约为61.5Ω,线宽为12 mil时特性阻抗约为33 Ω,由此可见，线宽对特性阻抗的影响非常显著。实际上PCB加工厂商常常会根据实际加工情况适当调整线宽，以保证加工后的特性阻抗与设计值的偏差控制在合理范围之内。
2.介质厚度的影响
介质厚度增大时，两个导体的间距加大，从3.8节我们知道导体间距增大，互感减小，单位长度电感就会增加。同时，根据图3-19中平板电容特性，间距增加，电容减小。因而介质厚度增大最终的结果导致传输线特性阻抗增大。图3-22显示了介电常数为4.4的FR4板材，6mil线宽表面微带线，介质厚度从4 mil增加到12mil时，单位长度电感、单位
长度电容、特征阻抗的变化情况。在PCB压合过程中，PP中的树脂会融化，如果布线密度较小，就会有很多树脂进入没有走线的空白区域，这样走线上方的介质厚度就会减小。这就是厂商为什么会根据最终的光绘文件来调整线宽。
3.介电常数的影响
如果传输线横截面的尺寸不变，介电常数不同时，会影响传输线的单位长度电容和特性阻抗，单位长度电感和介电常数无关。根据图3-19中平板电容特性，介电常数增大，电容也相应增大。图3-23显示了线宽为6mil,介质厚度为4 mil的表面微带线参数随介电常数变化的情况。介电常数越大，单位长度电容越大，特性阻抗越小。
对于已经完成布线的PCB,如果更换板材，比如将原来使用的FR4换成高速板材，由于高速板材的介电常数通常小于普通FR4,如果保持层叠厚度不变，走线的特性阻抗就会增大。为了控制阻抗，这时必须改变层叠厚度，根据新的板材单独设计一套层叠方案。
4.铜箔厚度的影响
根据走线的铜箔厚度也会影响电感和电容。根据式(3-24),当l》w+t时，电感大小主要由1In(²+z)决定，铜箔厚度t增大，电感减小。另一方面，当铜箔厚度1增大时，由于边缘场的影响，电容增大。因此走线的铜箔厚度越大，阻抗减小。图3-24显示了表层走线铜箔厚度从0.7 mil(0.5盎司)增加到2.8mil(2盎司)时电感、电容、特性阻抗的变化，和定性分析得到的结论完全一致。
加工PCB常用的铜箔在0.5～2盎司。铜箔厚度从0.5盎司增加到2盎司时，特性阻抗减小了约4Ω。
上述4种因素对特性阻抗的影响同样适用于内层走线。对于阻抗控制的PCB,在层叠设计时就要综合考虑到这些因素，找出合适的层叠方案。对于表层走线，绿油厚度也会对特性阻抗有一定的影响，绿油厚度不同时，等效介电常数也会不同，绿油变厚，等效介电常数增大，单位长度电容也相应增加，因而特性阻抗会有所降低。