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我们在线宽规则设置中提到过阻抗线的概念，那么什么是阻抗线呢？我们如何知道设计当中的信号走线线宽与间距呢？这个涉及阻抗计算。
1 阻抗计算的必要性
当电压、电流在传输线中传播时，特性阻抗不一致会造成所谓的信号反射现象等。在信号完整性领域里，反射、串扰、电源平面切割等问题都可以归为阻抗不连续问题，因此匹配的重要性在此展现出来。
2 常见的阻抗模型
一般利用Polar SI9000阻抗计算工具进行阻抗计算。在计算之前需要认识常见的阻抗模型。常见的阻抗模型有特性阻抗模型、差分阻抗模型、共面性阻抗模型。如图6-1所示，阻抗模型又细分为如下几类。
（1）外层特性阻抗模型。
（2）内层特性阻抗模型。
（3）外层差分阻抗模型。
（4）内层差分阻抗模型。
（5）共面性阻抗模型。
① 外层共面特性阻抗模型。
② 内层共面特性阻抗模型。
③ 外层共面差分阻抗模型。
④ 内层共面差分阻抗.模型。
3 阻抗计算详解
1．阻抗计算的必要条件
阻抗计算的必要条件有板厚、层数（信号层数、电源层数）、板材、表面工艺、阻抗值、阻抗公差、铜厚。
2．影响阻抗的因素
影响阻抗的因素有介质厚度、介电常数、铜厚、线宽、线距、阻焊厚度，如图6-2所示。
在图6-2中，H1为介质的厚度（PP片或者板材，不包括铜厚）；Er1为PP片或者板材的介电常数，多种PP片或者板材压合一起时取平均值；W1为阻抗线下线宽；W2为阻抗线上线宽；T1为成品铜厚；CEr为绿油的介电常数（3.3）；C1为基材的绿油厚度（一般按照0.8mil）；C2为铜皮或者走线上的绿油厚度（一般按照0.5mil）。
一般来说，上、下线宽存在如表6-4所示的关系。
| 基 铜 厚 | 上线宽（mil） | 下线宽（mil） | 线距（mil） |
| 内层18m | W0-0.1 | W0 | S0 |
| 内层35m | W0-0.4 | W0 | S0 |
| 内层70m | W0-1.2 | W0 | S0 |
| 负片42m | W0-0.4 | W0+0.4 | S0-0.4 |
| 负片48m | W0-0.5 | W0+0.5 | S0-0.5 |
| 负片65m | W0-0.8 | W0+0.8 | S0-0.8 |
| 外层12m | W0-0.6 | W0+0.6 | S0-0.6 |
| 外层18m | W0-0.6 | W0+0.7 | S0-0.7 |
| 外层35m | W0-0.9 | W0+0.9 | S0-0.9 |
| 外层12m（全板镀金工艺） | W0-1.2 | W0 | S0 |
| 外层18m（全板镀金工艺） | W0-1.2 | W0 | S0 |
| 外层35m（全板镀金工艺） | W0-2.0 | W0 | S0 |
注：其中W0为设计线宽，S0为设计线距。
3．阻抗计算方法
下面通过一个实例来演示阻抗计算的方法及步骤。
普通的FR-4板材一般有生益、建滔、联茂等板材供应商。生益FR-4及同等材料芯板可以根据板厚来划分。表6-2列出了常见生益FR-4芯板厚度参数及介电常数。
| 类 别 | 芯板（mm） | 0.051 | 0.075 | 0.102 | 0.11 | 0.13 | 0.15 | 0.18 | 0.21 | 0.25 | 0.36 | 0.51 | 0.71 | ≥0.8 |
| 芯板（mil） | 2 | 3.0 | 4 | 4.33 | 5.1 | 5.9 | 7.0 | 8.27 | 10 | 14.5 | 20 | 28 | ≥31.5 | |
| Tg≤170 | 介电 常数 | 3.6 | 3.65 | 3.95 | 无 | 3.95 | 3.65 | 4.2 | 3.95 | 3.95 | 4.2 | 4.1 | 4.2 | 4.2 |
IT180A S1000-2 | 介电 常数 | 3.9 | 3.95 | 4.25 | 4 | 4.25 | 3.95 | 4.5 | 4.25 | 4.25 | 4.5 | 4.4 | 4.5 | 4.5 |
半固化片（即PP片）一般包括106、1080、2116、7628等。表6-3列出了常见PP片厚度参数及介电常数。
| 类 别 | 半固化片类型 | 106 | 1080 | 3313 | 2116 | 7628 |
| Tg≤170 | 理论厚度（mm） | 0.0513 | 0.0773 | 0.1034 | 0.1185 | 0.1951 |
| 介 电 常 数 | 3.6 | 3.65 | 3.85 | 3.95 | 4.2 | |
| IT180A S1000-2B | 理论厚度（mm） | 0.0511 | 0.07727 | 0.0987 | 0.1174 | 0.1933 |
| 介 电 常 数 | 3.9 | 3.95 | 4.15 | 4.25 | 4.5 |
对于Rogers板材，Rogers4350 0.1mm板材介电常数为3.36，其他Rogers4350板材介电常数为3.48；Rogers4003板材介电常数为3.38；Rogers4403半固化片介电常数为3.17。
我们知道，每个多层板都是由芯板和半固化片通过压合而成的。当计算叠层结构时，通常需要把芯板和PP片叠在一起，组成板子的厚度。例如，一块芯板和两张PP片叠加“芯板+ 106+2116”，那么它的理论厚度就是0.25mm+0.0513mm+0.1185mm=0.4198mm。但需注意以下几点。
（1）一般不允许4张或4张以上PP片叠放在一起，因为压合时容易产生滑板现象。
（2）7628的PP片一般不允许放在外层，因为7628表面比较粗糙，会影响板子的外观。
（3）另外，3张1080也不允许放在外层，因为压合时也容易产生滑板现象。
（4）芯板一般选择大于0.11mm的，六层的一般两块芯板，8层的一般3块芯板。
由于铜厚的原因，理论厚度和实测厚度有一定的差额，具体可以参考图6-3。
从图9-32中可以看出，理论厚度和实测厚度存在铜厚的差额，可以总结出如下公式。
实测厚度=理论厚度-铜厚1(1-X1)-铜厚2(1-X2)
式中，X1、X2表示残铜率，表层取1，光板取0。电源地平面残铜率一般取值为70%，信号层残铜率一般取值为23%。
残铜率是指板平面上有铜的面积和整板面积之比。例如，没有加工的原材料残铜率就是100%，蚀刻成光板时就是0%。
“OZ”表示铜厚单位“盎司”，1OZ=0.035mm。
4 阻抗计算实例
（1）叠层要求：板厚为1.2mm，板材为FR-4，层数为6层，内层铜厚为1OZ，表层铜厚为0.5OZ。
（2）根据芯板和PP片常见厚度参数组合，并根据叠层厚度要求，可以堆叠出如图6-4所示的叠层结构。
图6-4中标出的PP片厚度为实际厚度，计算公式如下。
PP（3313）[实测值]=0.1034mm[理论值]-0.035／2mm×（1-1）[表层铜厚为0.5OZ，残铜率取1]-0.035mm×（1-0.7）[内层铜厚为1OZ，残铜率取70%]=0.0929mm=3.65mil
PP（7628×3）[实测值]=0.1951mm×3[理论值]-0.035mm×（1-0.23）[内层铜厚为1OZ，相邻信号层残铜率取0.23%]-0.035mm×（1-0.23）[内层铜厚为1OZ，相邻信号层残铜率取0.23%]=0.5314mm=20.92mil
板子总厚度=0.5OZ+3.65mm+1OZ+5.1mm+1OZ+20.92mm+1OZ+5.1mm+1OZ+3.65mm+0.5OZ= 1.15mm
（3）打开Polar SI9000软件，选择需要计算阻抗的阻抗模型，计算表层50欧姆单线阻抗线宽。如图6-5所示，根据压合叠层数据，填入相关已知参数，计算得出走线线宽W0=6.8mil。这个是计算出比较粗的走线，有时候会基于走线难度准许阻抗存在一定的误差，所以可以根据计算得出的走线线宽来稍微调整。例如，调整计算参数走线线宽5.5mil时，计算阻抗Zo=54.82，如图6-6所示。
（4）需计算内层（以第3层为例）90欧姆差分阻抗走线线宽与间距，如图6-7所示，选择内层差分阻抗模型，根据压合叠层数据，填入已知参数，然后可以通过阻抗要求，调整线宽和间距，分别计算，考虑到板卡设计难度可以微调阻抗在准许范围之内即可。
（5）最终计算结果如表6-4所示。
| Single Trace Impedance Control | ||||
| Layer | With（mil） | Impedance（Ohm） | Precision | Refer Layer |
| L1／L6 | 5.5 | 50 | +／-10% | L2／L5 |
| L3／L4 | 6.5 | 50 | +／-10% | L2／L5 |
| Differential Trace Impedance Control | ||||
| Layer | With（mil） | Impedance（Ohm） | Precision | Refer Layer |
| L1／L6 | 4.5／5.0 | 100 | +／-10% | L2／L5 |
| L3／L4 | 4.5／8.0 | 100 | +／-10% | L2／L5 |
| L1／L6 | 8.0／8.0 | 90 | +／-10% | L2／L5 |
| L3／L4 | 5.5／8.5 | 90 | +／-10% | L2／L5 |
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