在PCB设计中,单端信号线阻抗通常控制为50欧姆;差分线阻抗根据应用场景有所区别:USB差分线一般控制为90欧姆,MIPI(LCD显示屏)、DDR(内存)等差分线通常控制为100欧姆。天线信号(如蓝牙、WIFI天线)属于典型需要阻抗控制的信号,一般也要求控制在50欧姆。
阻抗控制的参考模型主要分为两类:
•共面参考模型:参考平面与信号线位于同一层,优先选用GND作为参考平面,也可使用VCC平面。
•平面参考模型:参考信号线相邻层或隔层的GND/VCC平面,同样优先选用GND平面。
APM32F427需做阻抗控制的信号线
APM32F427通常无需对所有信号线进行阻抗控制,仅需针对高速信号进行控制,例如USB差分线、高速SDRAM信号线(SDRAM单端信号一般控制为50欧姆)。
本项目为两层板设计,且包含天线信号,因此必须对天线信号做阻抗控制。但两层板结构难以提供完整参考平面,无法直接使用平面参考模型。根据设计规范,阻抗控制可通过平面参考(需要完整参考平面)和共面参考两种方式实现。
天线信号属于功率信号,合理线宽约为20mil:线宽过小无法满足功率传输要求,过宽则占用过多PCB面积,影响布局布线。对于两层板而言,共面参考是唯一可行方案;若强行使用平面参考,会导致信号线过宽,无法完成布线。下文将使用SI9000阻抗计算软件,详细说明两层板中50欧姆天线信号线的线宽要求,以及共面参考与平面参考的具体计算过程。
共面参考与平面参考的选择原则
阻抗控制中,共面参考与平面参考模型均满足设计要求,但平面参考模型信号完整性更优,因此PCB布局时应优先选择平面参考模型。
但在部分场景下无法使用平面参考模型,例如两层板结构,或部分四层板受限于叠层结构。下文重点针对无法使用平面参考的情况,计算APM32F427项目中天线信号实现50欧姆阻抗控制所需的线宽。
两层板的阻抗控制计算
两层板基本无法使用平面参考模型实现阻抗控制,核心原因有两点:
1.常见PCB板厚为1.0mm、1.2mm、1.6mm。以1.0mm板厚为例,使用SI9000软件计算,平面参考模型下天线信号线要达到50Ω阻抗,线宽需要约64.5mil。

如此大的线宽在两层板有限空间内难以布线。
2.两层板的参考平面通常被大量走线分割,无法形成完整参考平面,因此两层板使用平面参考的可行性极低,绝大多数情况必须采用共面参考方式控制阻抗。
四层板/多层板的阻抗控制计算
四层板及以上多层板具备完整GND/VCC平面,可灵活调整信号线到参考层的距离,满足平面参考条件,天线信号线宽可控制在20mil左右,既满足功率要求,又便于布线。

备注:板厂可根据阻抗要求调整叠层结构。
以常见四层板叠层为例,若天线走TOP层并采用隔层参考,由于TOP层与第三层间距较大,计算线宽仍会超过60mil,不利于布线。将TOP层与相邻层间距调整至10mil左右,直接参考相邻层,线宽可控制在20mil左右,满足天线走线要求。
需要注意:TOP层其他单端高速信号线(如DDR)同样需要50Ω阻抗控制,参考相邻层时线宽也约为20mil。若高速信号线数量较多,过宽线宽会导致布线困难。
因此,当天线参考相邻层时,仅能保证天线阻抗控制,无法兼顾其他高速信号;若项目中高速信号线数量多、优先级高,应优先保证高速信号阻抗,天线改用共面参考。
四层板使用共面参考时,需对天线相邻层平面进行挖空处理,挖空宽度为天线线宽的2倍;第三层无需挖空,但应尽量保持完整平面,同时天线走线应避免跨分割区域。
共面阻抗控制的注意事项
综合以上分析与计算,本两层板项目中,天线信号阻抗控制只能采用共面参考方式。平面参考不仅要求线宽超过60mil,且两层板无法提供完整参考平面,不具备实现条件。
使用共面参考时,共面GND应尽量靠近天线信号线,具体间距通过SI9000软件计算确定。若采用隔层参考控制天线阻抗,同层GND与天线信号线的间距应不小于1倍线宽(如天线20mil,间距≥20mil),避免共面GND对天线信号产生干扰。
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