也许你在第一次画PCB Layout的时候，你的师兄或者前辈过来问你：单线，差分线控多少欧姆的阻抗啊？这个时候你看着自己已经Layout布通的一个两层板PCB，一脸懵，心想：“啥？控什么阻抗？我已经连完了呀。”这个场景也许是很多刚刚开始接触PCB的人遇到过的事情。当然这里的“阻抗”其实应该纠正一下，严谨的来说应该叫特性阻抗。平时我们说着说着就默认把特性两个字给省略掉了。但是其实两个东西并不是同一个意思。

特性阻抗应该是PCB里面最最重要和基本的概念了。阻抗是什么？大家知道在电路理论里是电阻，是感抗，是容抗，或者是这三样东西的叠加。另外还有一个阻抗的倒数，我们叫导纳。它两是一对。阻抗是一个电阻节点上电压和电流的比。而特性阻抗是一个节点上入射电压波和入射电流波的比。阻抗是电压所能看到的，而特性阻抗是入射电压波所能看到的。而这个节点的电压是入射波减去反射波。

到这里突然就冒出了入射波和反射波的概念，这个其实是射频电路里面的知识点。简而言之就是信号的频率高到一定程度之后，在PCB上传输信号的时候，传输线的长度就不再是电大尺寸，而变成一个相对于信号频率来说是一个电小尺寸了，这个时候我们不得不把信号当成波的概念来进行分析，而原本最简单的一个走线也得用分布参数来描述成传输线。所以也就出现了上面需要对PCB走线设计成一定的特性阻抗的问题了。那么走线不控阻抗会怎么样呢？那就会引起信号反射，增大损耗等问题。这又是信号完整性的问题，等后面SI专题再聊。

这时候对于初学者来说也许已经有一堆疑问了。比如“电小尺寸”“入射波”“多高频率算高”等等一堆问题。不过并不着急先去刨根问底。其实我们在平时可能经常会碰到很多这种情况，比如你要做成一项任务，中间遇到一个环节你不太懂，然后你要去搞明白这个是什么个原理。但是这个环节其实已经有很多别人总结好的现成结论可以直接使用。而想要彻底搞明白这个环节是怎么出来的，你需要花费大量时间去查资料看书(当然搞明白也是必要的)。这个时候其实选择直接利用现有结论，先把整个工作完成，再回过头来慢慢去看书搞懂原理，才是更加高效的做法。个人觉得如果能站在别人的成果基础上，先把宏观的东西做出来，再回头去搞懂那些特别需要花费时间的细节。这种边干边学的方法是最有效率也是符合客观规律的。就好比这个PCB，我们在画PCB的时候，先用Polar软件按照传统的50/100ohm特性阻抗去计算出我们所需要的线宽线距，然后等我们有时间了再去深入研究背后的原理，而不是纠结于小处，刨根问底的先去学习。当然在你完成这项任务之后你会发现这背后的根和底很大，我们也是有必要去刨去问的。

上面说的，个人觉得真是一条真理。从全局出发，先抓框架，等对框架有了一定的熟悉度之后，再去细化细节。因为如果一开始心里没有一张地图，则当你牟足了劲朝一个方向走的时候，内心会是孤独和绝望的，因为你不知道这条路究竟要走多久，甚至连估计大概要走多久也不知道，这时候也许当你走一段时间没有在黑暗中看到任何一丝光亮的时候就会萌生放弃的念头。再举个比较典型的，你去学Linux驱动开发，如果你一上来就去啃内核源码，那基本等于完蛋。一定是先在linux的框架下，去学习驱动框架。所有细节一律不追究，等你把框架摸透了，再慢慢的充实细节。这也是符合人的认知规律的。哈哈，有时候一时的“不求甚解”反而是成功的敲门砖，真是有点哲学里面矛盾对立统一的感觉。好了，写了两大段个人感想。但是感觉写文章就是要想到什么重要的就写出来，这个专栏除了想分享嵌入式软硬件技术之外还想把有价值的思路与大家交流。

还是回到主题。上面我们提到了Polar这个软件，我想设计过PCB的估计99%的人都用过。其实就是帮我们计算特性阻抗的工具。目前我们PCB通过会有单线和差分线，而走线类型的话，常见的就两种，微带线(Microstrip Line)，带状线(Strip Line)。从最直观的解释就是走在表层的就是微带线，走在内层的就是带状线，当然这两种线计算阻抗的方式是不一样的。其实微带和带状线叫法都是来自射频电路理论，和特性阻抗之类的概念都是用于高频电路的。当然低频电路比如电源线，一些高精度模拟信号线，我们走线完全不需要控制阻抗，况且电源我们要过大的电流也没有办法控制阻抗，因为一般控阻抗的线走的都比较细，比如4mil~8mil的样子。

下图举了两种线在polar中计算的一个界面，第一个是一个单线的微带线，第二个是差分的带状线，当然微带线也可以有差分，带状线也可以有单端。只要输入线的宽度，线到参考平面的距离，线可参考面介质的相对介电常数，就可以计算出相应的特性阻抗的值了。工程中单线一般都是50ohm阻抗。差分线一般都是100ohm阻抗，当然也会有90ohm，85ohm的需求，具体还是要看连接信号线的芯片内部比如说package级或者die级的阻抗，当然一般如果不是100ohm，芯片手册里面都会说明的。

图1 单线 (微带线)图2 差分线 (带状线)

这里注意上图中的W1,W2是因为镀铜的时候，线的横截面并不是完美的长方形，W2一般可以取比W1小0.5mil。T1是铜线的成品厚度，0.5OZ是0.6mil，1OZ是1.2mil。如果是表层0.5OZ+Plating就是1.8mil左右。

特性阻抗和线到参考面的距离相关，距离越远，特性阻抗越大，走线越细，特性阻抗越大，介电常数越小，阻抗越大。这是影响阻抗的三个参量。所以在设计叠层的时候我们选择不同的板材，不同的PP,CORE的厚度都会影响我们的线宽，假如我们特性阻抗规定在50ohm。

另外还有一个技巧值得一提，对于差分线来说，有线宽/线距的要求，差分阻抗会有线宽线距共同决定（比如上图的W1/S1），而不像单线有线宽。并且差分线的线宽都会设计成带小数点的，比如线宽4.1，线间距7.9。这个0.1其实是故意加的，为了和板子上可能的单线4mil的线宽做区分，这样板厂通过CAM350软件一看就知道这个4.1的是要控差分阻抗的，而不是单端。这样也就省去了和板厂标注哪些线要控制差分阻抗的备注工作了，直接告诉板厂4.1mil的线控差分阻抗即可。