阻抗設計完整教學：從觀念到線寬

什麼是特性阻抗？

訊號跑得夠快的時候，一條走線就不只是「導線」，而是一條傳輸線。它的特性阻抗由線寬、線到參考地的距離、板材的介電常數（Er）和銅厚決定，跟線多長無關。

如果整條路徑上阻抗忽大忽小，訊號就會在變化處反射，造成波形振鈴、眼圖變差，USB 認不到裝置、乙太網路掉包都可能是它。

哪些訊號需要做阻抗？

• 單端 50Ω：射頻線（Wi-Fi、藍牙天線饋線、GPS）、部分高速時脈。
• 差分 90Ω：USB 2.0／3.x。
• 差分 100Ω：乙太網路、HDMI、LVDS、MIPI、PCIe（85Ω）等。
• I²C、UART、一般 GPIO、幾 MHz 的 SPI：不用做阻抗。

小提醒判斷方法：訊號上升時間很短、走線又長到幾公分以上，就該考慮阻抗。看晶片資料表，需要的話它會直接寫「90Ω differential」這類要求。

為什麼雙面板做不到？

阻抗跟「線到參考地的距離」有關。雙面板頂層的地在 1.6 mm 外的底層，50Ω 要把線拉到將近 3 mm 寬，零件根本接不上。四層板的第二層緊貼在頂層下方 0.21 mm，線寬就回到 0.3 mm 左右，這也是我們 4 層以上才提供阻抗控制的原因。層數怎麼選見雙面板與四層板怎麼選。

先認識我們的標準四層疊構

算阻抗一定要用「實際會生產的疊構」，不然算得再準也沒用。下面是 135LAB 四層 1.6 mm 的標準疊構，阻抗計算器也是用這組數字：

• L1／L4 外層：1 oz 銅 0.035 mm
• L1–L2、L3–L4：7628 半固化片 0.2104 mm，Er 4.4
• L2／L3 內層：0.5 oz 銅 0.0152 mm
• L2–L3：芯板 1.065 mm，Er 4.6

建議的層分配是 訊號／GND／電源／訊號：L1 的高速線以 L2 的完整地為參考。

微帶線與帶狀線

• 微帶線（Microstrip）：走在外層（L1、L4），下面一層是參考地，上面只有防焊漆和空氣。最常用，好量測、好修改。
• 帶狀線（Stripline）：走在內層，上下都夾著參考層，抗干擾更好，但線寬會比較窄，也不能事後補焊修線。

防焊漆會讓外層阻抗下降幾歐姆，計算器已經把防焊算進去。

照著算：常見阻抗的線寬

以下是用135LAB 阻抗計算器依上面的疊構算出來的結果（外層 1 oz、有防焊、蝕刻後線頂寬比底寬少約 0.018 mm）：

• 單端 50Ω，L1 微帶線：線寬約 0.36 mm（14.1 mil），參考 L2。
• 單端 50Ω，L3 帶狀線（參考 L2 與 L4）：線寬約 0.28 mm（11.2 mil）。
• 差分 90Ω（USB），L1：線距 0.152 mm（6 mil）時，線寬約 0.26 mm（10.4 mil）。
• 差分 100Ω（乙太網路、HDMI），L1：線距 0.152 mm（6 mil）時，線寬約 0.20 mm（7.9 mil）。

小提醒這些是設計起點。你可以在計算器裡改線距、選共面（旁邊有地銅）、或直接輸入目標阻抗反算線寬。生產時以 ±10% 控制。

在 EDA 裡怎麼設定

• KiCad：File → Board Setup → Physical Stackup 照上面的疊構填厚度與 Er；Net Classes 建一個「USB」類別，設定 Track Width 與 DP Width／DP Gap，把 D+／D− 指定進去。佈線用 Route → Differential Pair（快捷鍵 6）。
• Altium Designer：Design → Layer Stack Manager 填疊構，在 Impedance 分頁建立阻抗設定檔（例如 90Ω Differential），規則 Routing → Width 與 Differential Pairs Routing 選用這個設定檔，佈線時線寬會自動帶入。
• EasyEDA：在層管理器設定四層與厚度，用差分對設定線寬線距後以差分佈線工具走線。

各軟體的基本操作見 KiCad 入門、Altium 入門。

佈線時最常犯的錯

• 差分線下方的參考地被切開（跨分割），阻抗瞬間跳掉，這是最常見的失敗原因。
• 差分對兩條線長度不一樣，USB 2.0 建議長度差在 0.15 mm 以內。
• 換層時沒有在旁邊補地過孔，回流路徑被打斷。
• 接頭、ESD 元件的焊盤比線寬大很多，可以在焊盤正下方的參考層挖空來補償。
• 線旁邊的鋪銅離太近，變成共面結構，阻抗比預期低；要嘛拉開到 3 倍線寬以上，要嘛直接用共面模式計算。

下單時記得勾「阻抗控制」

報價頁選 4 層以上後，勾選「阻抗控制」並在備註寫哪些網路、目標阻抗多少（例如「USB_DP/DN 90Ω 差分，L1」）。我們會依標準疊構生產並控制在 ±10%。送洗前也別忘了把檔案丟進免費 Gerber 檢查器檢查一次。

常見問題

延伸閱讀

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• 鋪銅與接地設計