阻抗是電路對(duì)電流施加的限制的量度。它類似于電阻，但它也考慮了電感和電容的影響。柔性堆疊中的阻抗控制對(duì)于減少信號(hào)反射和實(shí)現(xiàn)可靠的信號(hào)完整性至關(guān)重要。 

受控阻抗(CI) 是 PCB 導(dǎo)體及其相關(guān)參考平面中傳輸線的特征阻抗。當(dāng)高頻信號(hào)通過電路板走線傳播時(shí)尤其需要它。 

為什么需要控制柔性 PCB 的阻抗？

在現(xiàn)代，柔性電路板變得更小、更快、更復(fù)雜。Flex 板通常用于高頻應(yīng)用，例如 RF 通信、電信、使用 100MHz 以上信號(hào)頻率的計(jì)算、高速信號(hào)處理和高質(zhì)量模擬視頻，例如DDR、HDMI、千兆以太網(wǎng)等。

信號(hào)走線在信號(hào)路徑上的每個(gè)點(diǎn)都有阻抗。如果該阻抗點(diǎn)與點(diǎn)不同，就會(huì)出現(xiàn)信號(hào)反射，其幅度取決于兩個(gè)阻抗之間的差異。這種反射會(huì)以與信號(hào)相反的方向傳播，這意味著反射信號(hào)會(huì)疊加在原始信號(hào)上。為了更好地理解受控阻抗讀數(shù)，為什么受控阻抗真的很重要？

PCB 中的阻抗匹配是什么？

當(dāng)涉及到柔性 PCB 設(shè)計(jì)時(shí)，阻抗匹配變得至關(guān)重要，因?yàn)樗鼈兺ǔＳ糜诟咚賾?yīng)用。它是指將負(fù)載阻抗與傳輸線的特征阻抗相匹配。如果負(fù)載阻抗和特性阻抗相等，傳輸線中的反射就會(huì)被消除。這確保了原始信號(hào)的接收沒有衰減。

影響柔性電路板阻抗的因素

柔性阻抗控制可以通過改變 PCB 走線的物理尺寸和所用介電材料的特性來實(shí)現(xiàn)。以下是影響柔性 PCB 阻抗的因素。

走線的物理尺寸

1. 走線高度 

2. 走線頂面的寬度 

3. 走線底面寬度 

4. 走線頂部和走線底部的寬度差 

5. 走線距地平面的高度

所用介電材料的介電特性

1. 加入的介電材料的介電常數(shù)

2. 走線和參考平面之間的介電高度

3. 阻焊層或覆蓋層的介電常數(shù)

柔性板的受控阻抗配置

用于柔性板阻抗控制的最常見配置是：

單端微帶

用于柔性 PCB 的單端微帶線

H1：走線和參考平面之間的電介質(zhì)高度

W1：走線底面的寬度

W2：走線頂面的寬度

T1：走線的粗細(xì)

Er1：走線與參考平面之間的介電常數(shù)

這種配置在電路板疊層的外層具有由均勻?qū)w（厚度和寬度）制成的傳輸線。參考平面為在傳輸線上傳輸?shù)男盘?hào)提供電流返回路徑。單端微帶線允許更薄的柔性結(jié)構(gòu)，這也增加了靈活性并降低了總成本。

邊緣耦合涂層差分微帶線

用于柔性 PCB 的邊緣耦合差分微帶線

 H1：走線和參考平面之間的電介質(zhì)高度

W1：走線底面的寬度

W2：走線頂面的寬度

T1：走線的粗細(xì)

S1：差分對(duì)的兩條走線之間的間隔

C1、C2 和 C3：不同位置的覆蓋層厚度

CEr：覆蓋層的介電常數(shù)

當(dāng)信號(hào)及其補(bǔ)碼在兩條獨(dú)立的走線上傳輸時(shí)，稱為差分信號(hào)。這些走線稱為差分對(duì)。走線以恒定的間距布線。具有邊緣耦合差分對(duì)的主要優(yōu)點(diǎn)之一是參考平面上的噪聲對(duì)兩條跡線來說都是共同的。這抵消了接收端的噪聲。

單端帶狀線

用于柔性 PCB 的單端帶狀線

H1：第一個(gè)電介質(zhì)的高度

H2：第二層電介質(zhì)的高度

W1：走線底面的寬度

W2：走線頂面的寬度

Er1：第一電介質(zhì)的介電常數(shù)

Er2：第二電介質(zhì)的介電常數(shù)

T1：走線的粗細(xì)

它實(shí)現(xiàn)了多層 PCB 中兩個(gè)地平面之間的信號(hào)走線。高頻信號(hào)的返回路徑位于平面上信號(hào)走線的上方和下方。

邊緣耦合差分帶狀線

用于柔性 PCB 的邊緣耦合差分帶狀線

H1：第一個(gè)電介質(zhì)的高度

H2：第二層電介質(zhì)的高度

W1：走線底面的寬度

W2：走線頂面的寬度

Er1：第一電介質(zhì)的介電常數(shù)

Er2：第二電介質(zhì)的介電常數(shù)

T1：走線的粗細(xì)

S1：差分對(duì)的兩條走線之間的間隔

這種配置具有夾在兩個(gè)平面之間的兩個(gè)受控阻抗跡線。它類似于單端帶狀線。唯一的區(qū)別是它有一對(duì)導(dǎo)體，它們之間以均勻的距離分開。

另請(qǐng)閱讀，PCB 中的微帶線和帶狀線有什么區(qū)別？

柔性 PCB 中的交叉陰影參考平面

交叉陰影銅平面用作柔性電路板中的參考平面。交叉影線平面如下圖所示。

用于控制阻抗的柔性疊層中的交叉陰影銅平面

交叉影線導(dǎo)體寬度 (HW) 與交叉影線間距 (HP) 的比率在表征交叉影線平面時(shí)起著重要作用。如果該比例約為0.293，則可以實(shí)現(xiàn)50%的銅去除。該比率越小，要去除的銅的百分比越大。與剛性銅平面相比，柔性控制阻抗的唯一缺點(diǎn)是需要具有更高的控制阻抗值。

參考平面的剖面線間距和剖面線寬度

交叉影線參考平面意味著從平面上去除了很大比例的銅。它對(duì)柔性 PCB 中的受控阻抗有顯著影響。交叉陰影平面不能為信號(hào)走線提供 100% 的屏蔽。交叉影線參考平面的主要目的是增加電路板的靈活性。

剛?cè)峤Y(jié)合板的受控阻抗

4 層剛?cè)峤Y(jié)合 PCB 堆疊

上圖顯示了典型的剛?cè)峤Y(jié)合疊層。如圖所示，柔性層（聚酰亞胺）放置在疊層的中心。因此，一旦進(jìn)入剛性部分，柔性層中的阻抗走線需要從微帶線（在柔性區(qū)）變?yōu)閹罹€。這可能需要更厚的柔性層結(jié)構(gòu)以滿足所需的阻抗值。

另請(qǐng)閱讀，剛?cè)峤Y(jié)合可降低電子產(chǎn)品組裝成本。

用于控制阻抗的 2 層和 3 層柔性堆疊

用于柔性阻抗控制的 2 層微帶排列

用于柔性阻抗控制的 3 層差分帶狀線布置

柔性設(shè)計(jì)中的阻抗控制需要比標(biāo)準(zhǔn)柔性芯更厚的柔性芯，以實(shí)現(xiàn)所需的阻抗值。較厚的柔性芯會(huì)增加整體厚度并降低可彎曲性。

表面微帶配置讓位于盡可能最薄的柔性核心，提供最高程度的靈活性。帶狀線配置允許在走線的任一側(cè)進(jìn)行屏蔽。然而，這種配置顯著增加了撓曲厚度，這反過來又降低了撓曲能力。

用于控制阻抗的柔性 PCB 材料

柔性板通常由聚酰亞胺基板制成。與剛性材料相比，這些基材提供較低的 Dk 值（3 到 3.5）。柔性材料的厚度始終保持均勻。這使它們成為柔性控制阻抗設(shè)計(jì)的理想選擇。

有兩種類型的聚酰亞胺材料：基于粘合劑的材料和無粘合劑的材料。無粘合劑和基于粘合劑的材料均可用于柔性 CI 設(shè)計(jì)。然而，由于其一致的結(jié)果，無粘合劑材料更適合高速應(yīng)用。

Teflon 和 Teflon/Polyimide 混合材料等先進(jìn)材料適用于高速應(yīng)用。這些材料比聚酰亞胺材料貴。標(biāo)準(zhǔn)的無粘合劑聚酰亞胺材料滿足受控阻抗設(shè)計(jì)要求，同時(shí)降低成本。Sierra Circuits 將杜邦材料 用于柔性 PCB。

受控阻抗是最大限度減少 PCB 中信號(hào)反射的關(guān)鍵因素之一。如果您想了解有關(guān)柔性 PCB 受控阻抗的更多信息，請(qǐng)?jiān)谠u(píng)論部分告訴我們。我們很樂意解決您的疑慮。要了解有關(guān)設(shè)計(jì)柔性板的更多信息，請(qǐng)下載下面提到的設(shè)計(jì)指南。