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1、PCBPCB的电气性能的电气性能印制导线的相关计算印制导线的相关计算 导线电阻 下面将介绍导线规格和连接线面积之间的关系，以及如何利用连接线电阻与尺寸和温度之间的函数关系。曲曲线线的的方方程程为为：规规格格 =-9.6954-9.6954-19.857819.8578LogLog1010(d)(d)，其其中中d d为导线直径，单位为英寸。为导线直径，单位为英寸。因因印印制制板板连连接接线线的的横横截截面面是是长长方方形形而而不不是是圆圆形形。因因此此，能能定定义义以以横截面面积为变量的等式如下：横截面面积为变量的等式如下：规格规格=1.08+0.10=1.08+0.10LogLog1010(l
2、/a)(l/a)其中其中a a为横截面面积，单位为平方英寸。为横截面面积，单位为平方英寸。当当导导线线的的横横截截面面面面积积已已知知时时，通通过过上上式式可可以以计计算算出出等等效效的的导导线线规规格。格。相相反反地地，在在导导线线规规格格已已知知时时，通通过过下下式式可可以以计计算算出出 连连接接线线的横截面面积：的横截面面积：面积面积=l/(10l/(10(10(10规格规格-10.8)-10.8)在在导导线线规规格格表表中中常常会会提提供供相相关关规规格格的的一一些些参参数数值值。通通过过这这些些参参数数值值可可以以估估计计某某一一长长度度导导线线的的电电阻阻。而而连连接接线线电电阻阻
3、的的计计算比算比导线电导线电阻的阻的计计算稍微复算稍微复杂杂。每种金属都有一个电阻系数每种金属都有一个电阻系数(有时也称为特征电阻有时也称为特征电阻)，电阻系数、导线长度、横截面面积与电阻之间的关系电阻系数、导线长度、横截面面积与电阻之间的关系为：为：R=l/aR=l/a 其中：其中：R R为电阻，单位为欧姆为电阻，单位为欧姆,l l为导线长度；为导线长度；a a为横截面面积为横截面面积 电阻系数的单位由欧姆和长度单位来表示。纯铜的电电阻系数的单位由欧姆和长度单位来表示。纯铜的电阻系数通常为：阻系数通常为：=1.724(=1.724(微欧微欧-厘米厘米)或或=0.6788=0.6788(微欧微
4、欧-厘米厘米)。必须注意，电阻系数随温度变化，通常所给的电阻系必须注意，电阻系数随温度变化，通常所给的电阻系数为数为2020时的电阻系数。因此，用该电阻系数计算出时的电阻系数。因此，用该电阻系数计算出的电阻值为的电阻值为2020环境温度下的电阻。连接线的电阻随环境温度下的电阻。连接线的电阻随温度而增大，称为温度而增大，称为“电阻温度系数电阻温度系数”的参数可表明这的参数可表明这种变化的大小，用下式可计算出该参数对电阻大小的种变化的大小，用下式可计算出该参数对电阻大小的影响：影响：R2/R1=1+0.00393(T2-T1)R2/R1=1+0.00393(T2-T1)其中其中R1R1和和T1T1
5、分别为基准电阻和基准温度分别为基准电阻和基准温度(单位为单位为)；T2T2是新温度；是新温度；R2R2是在新温度下的电阻。是在新温度下的电阻。所所有有这这些些计计算算很很繁繁琐琐。UltraCADUltraCAD DesignDesign公公司司推推出出了了一一种种免免费费的的计计算算工工具具，可可以以从从UltraCADUltraCAD的的网网站站上上下下载载。利利用用该该工工具具，在在给给定定一一条条连连接接线线的的等等效效导导线线规规格格、厚厚度度或或宽宽度度中中任任意意两两个个参参数数条条件件下下，可可以以计计算算出出另另一一个个参参数数。它它还还可可以以在在给给定定长长度度和和温温度
6、度的的情情况况下下计计算算连连接接线线的的电电阻阻，在在给给定定电电流流时时计计算算连连接接线线上的电压降。上的电压降。v=v循环开课更多课程咨询 沈老师vQQ：2312226553v电话:0755-33048181v企业一站式培训服务平台=v生产管理工程技术营销管理客服管理v人力资源财务管理战略管理团队管理v个人技能资格认证物流管理总裁研修v沙盘模拟MBA研修锡铅层对导线电阻的影响锡铅层对导线电阻的影响常常用用的的电电路路板板表表面面处处理理工工艺艺是是热热风风整整平平，即即在在铜铜导导体体表面覆盖一层锡铅合金。表面覆盖一层锡铅合金。任任何何导导体体的的电电阻阻都都是是其其电电阻阻系系数数的
7、的函函数数，分分析析时时可可将将连连接接线线和和焊焊锡锡层层视视为为并并联联导导体体。假假设设焊焊锡锡层层和和连连接接线线具具有有相相同同的的宽宽度度和和长长度度，只只需需考考虑虑连连接接线线和和焊焊锡锡层层的的厚度。厚度。铜铜的的电电阻阻系系数数为为1.7241.724微微欧欧-厘厘米米，而而锡锡的的电电阻阻系系数数为为11.511.5微微欧欧-厘厘米米，比比铜铜高高出出6.76.7倍倍。铅铅的的电电阻阻系系数数为为2222微微欧欧-厘厘米米，比比铜铜约约高高出出1313倍倍。因因此此，根根据据焊焊锡锡中中锡锡和和铅铅的的含含量量比比例例，焊焊锡锡层层的的电电阻阻系系数数约约比比相相同同厚厚
8、度度的的铜铜连接线高连接线高1010倍。倍。由由于于导导体体之之间间的的分分流流大大小小与与电电阻阻成成反反比比，在在相相同同厚厚度度的的铜铜线线和和焊焊锡锡层层下下，约约90%90%的的电电流流流流过过铜铜线线(剩剩余余的的电电流流通通过过焊焊锡锡层层)。因因此此，通通常常在在非非精精确确测测量量时时可可以以忽忽略略焊锡层对连接线电阻和压降的影响。焊锡层对连接线电阻和压降的影响。电容和电感电容电容普通电容普通电容 电电容容是是由由两两个个充充成成不不同同的的电电势势电电荷荷的的导导体体组组成成。在在两两个个不不同同电电势势的的导导体体之之间间存存在在电电场场，驱驱动动电电流流提提供供能能量量
9、存存储储在在电电场场中中，因因为为驱驱动动电电流流是是受受限限的的，所所以以两两个个极极板板之之间间只只是是存存在在很很短短时时间间的的稳稳态态电电流流值值，很快抵制的电压提高削弱注入电流。很快抵制的电压提高削弱注入电流。下图描述了理想电流和电压的电容波形曲线。下图描述了理想电流和电压的电容波形曲线。一一个个电电容容的的阶阶跃跃响响应应描描述述成成一一个个时时间间函函数数，当当电电压压刚刚刚刚加加压压时时，大大量量电电流流流流入入电电容容建建立立电电场场，流流入入电电容容的的初初始始电电流流比比较较高高，Y(t)/I(t)Y(t)/I(t)非非常常低低。在在很很短短的的时时间间内内电容就像一个
10、短路器。电容就像一个短路器。过过一一段段时时间间后后Y(t)/I(t)Y(t)/I(t)值值开开始始变变大大，电电流流逐逐渐渐减减小小直直至至趋趋近近于于零零。这这时时电电容容像像开开路路。最最后后当当电电容容的的电电场场完完全全建建立立之之后后，只只存存在在一一小小部部分分由由于于电电容容之之中中的的介介质质绝绝缘不好而形成的漏电流，缘不好而形成的漏电流，Y(t)/I(t)Y(t)/I(t)非常高。非常高。印印制制电电路路板板基基材材与与两两面面的的印印制制导导线线，可可看看作作一一个个电电容容器器，其电容可用平板电容器的计算公式来粗略地计算。其电容可用平板电容器的计算公式来粗略地计算。A
11、AC=0.886C=0.886-(pF)-(pF)b b式中式中：A A两面导线重叠的面积（两面导线重叠的面积（mmmm2 2）b b层压板电介质厚度（层压板电介质厚度（mmmm）层压板的相对介电常数层压板的相对介电常数同同一一平平面面上上相相邻邻导导线线之之间间的的分分布布电电容容的的计计算算是是相相当当复复杂杂的。的。电感电感 有有电电流流存存在在的的地地方方就就有有电电感感，电电流流流流动动产产生生磁磁场场，磁磁场的能量是由驱动电流提供的。场的能量是由驱动电流提供的。下图描述了一个理想情况的电感的电压、电流波形曲线下图描述了一个理想情况的电感的电压、电流波形曲线当当供供电电电电压压刚刚刚
12、刚加加上上时时，几几乎乎没没有有电电流流流流过过，Y(t)/I(t)Y(t)/I(t)非非常常高高，在在很很短短的的一一段段时时间间里里，电电感感好好像像开开路一样。路一样。随随后后，Y(t)/I(t)Y(t)/I(t)开开始始下下降降，最最后后，电电压压值值几几乎乎降降至至零零，电电感感好好像像短短路路器器一一样样，最最后后，电电感感的的磁磁场场环环境境完完全全建建立立起起来来之之后后，限限制制电电流流大大小小的的只只有有电电感感自自身身存存在在的的电电阻起作用。阻起作用。Y(t)/I(t)Y(t)/I(t)极低。极低。印制导线可以近似地看作是矩形导线，其电感的计算公式为：印制导线可以近似地
13、看作是矩形导线，其电感的计算公式为：2 2l W+tl W+t L=0.002l(log-+0.5+0.224-)L=0.002l(log-+0.5+0.224-)W+t l W+t l式中式中：L L直线电感（直线电感（H H）l l导线长度（导线长度（cmcm）W W导线宽度（导线宽度（mmmm）T T导线厚度（导线厚度（mmmm）当当t t50(W+t)50(W+t)时，公式的最后一项可以忽略不计时，公式的最后一项可以忽略不计(高速电路中电感的影响与计算，请见高速设计部分高速电路中电感的影响与计算，请见高速设计部分)v过过孔孔本本身身存存在在着着对对地地的的寄寄生生电电容容，如如果果已已
14、知知过过孔孔在在铺铺地地层层上上的的隔隔离离孔孔直直径径为为D2,过过孔孔焊焊盘盘的的直直径径为为D1,PCB板板的的厚厚度度为为T,板板基基材材介介电电常常数数为为,则则过过孔孔的的寄寄生生电电容容大大小近似于：小近似于：C=1.41TD1/(D2-D1)v过过孔孔的的寄寄生生电电容容会会给给电电路路造造成成的的主主要要影影响响是是延延长长了了信信号的上升时间，降低了电路的速度号的上升时间，降低了电路的速度过孔的寄生电容过孔的寄生电容过孔的寄生电感过孔的寄生电感v在在高高速速数数字字电电路路的的设设计计中中，过过孔孔的的寄寄生生电电感感带带来来的的危危害害往往往往大大于于寄寄生生电电容容的的
15、影影响响。它它的的寄寄生生串串联联电电感感会会削削弱弱旁旁路路电电容容的的贡贡献献，减减弱弱整整个个电电源源系系统统的的滤滤波波效效用用。我我们们可可以以用用下下面面的的公公式式来来简简单单地地计计算算一一个个过过孔孔近近似似的的寄生寄生电电感：感：L=5.08hln(4h/d)+1 v其其中中L指指过过孔孔的的电电感感，h是是过过孔孔的的长长度度，d是是中中心心钻钻孔孔的直径。的直径。过孔影响过孔影响v过孔延迟影响过孔延迟影响信号传导负载关键时序测量v过孔的阻抗影响过孔的阻抗影响阻抗不连续导致信号变形，眼图关闭短线影响 multi-Gbps 仿真过孔影响过孔影响*Source:Intel P
16、CI-Express guidelines 在上G的频率中,对一个损耗为10-15 dB的线路中,一个过孔可以贡献0.51.0 dB 的损耗.过孔影响过孔影响FrequencyLoss(dB)特性阻抗v在高速数字电路中，可以把印制导线看作是传输线。常用的印制板传输线是微带线和带状线。v传输线最重要的特性是特性阻抗Z0。所谓特性阻抗，是指无限长的（相对于被传输信号波长而言）传输线的特性阻抗。（1 1）表层微带线）表层微带线 微微带带线线是是在在接接地地层层上上由由电电介介质质隔隔开开的的印印制制电电导导线线。印印制制导导线线的的厚厚度度、宽宽度度、印印制制导导线线与与地地层的距离以及电介质的介电常数决定了微带线的特性阻抗。层的距离以及电介质的介电常数决定了微带线的特性阻抗。式中：式中：Z Z0 0微带线的特性阻抗（微带线的特性阻抗（）W W印制导线宽度（英寸）印制导线宽度（英寸）t t印制导线厚度（英寸）印制导线厚度（英寸）hh电介质厚度（英寸）电介质厚度（英寸）印制印制电电路板路板电电介介质质的相的相对对介介电电常数常数