SaturnPCB_Toolkit使用介绍(一)

一、Program Options 程序选项

IPC Version IPC 版本:
用户可以选择用于当前计算的 IPC 版本。Saturn建议在大多数应用中使用不带修正因子的 IPC-2152。当用户因间距限制需要尽可能减小导体宽度时，可以使用修正因子。

Copper Weight 铜箔重量:

Enter Copper Weight Manually 手动输入铜箔重量:
用户可以选择手动输入基础铜箔重量和电镀厚度的选项。

Conductor Etch Factor 导体蚀刻因子:
理想的 PCB 导体具有矩形横截面，但实际上，由于蚀刻过程，真实的横截面更接近梯形。这会轻微改变导体的横截面积，从而影响载流能力。导体蚀刻因子有助于用更真实的横截面积来模拟导体。典型的蚀刻因子是 1:1，意味着导体每侧蚀刻的距离等于导体的高度。因此，如果我们认为导体的底边等于 H1，顶边等于 H2，那么 H2 = (H1-2T)，其中 T 是导体的厚度。也提供 2:1 的蚀刻因子选项，其比率是 1:1 的一半。如果您不想要此选项，则选择“无”作为蚀刻因子。

物理含义：蚀刻因子 = 导体厚度 / 侧壁被蚀刻掉的宽度（单侧）。这个比值越大，说明侧壁侵蚀越少，导线形状越接近矩形；比值越小，则“梯形”效应越明显。

Disable Via Height 禁用过孔高度:
根据 IPC-2152 规范，过孔的高度会影响其散热能力。如果需要，可以通过勾选此框来禁用此计算。

Aspect ratio Limit 纵横比限制:
您可以为通孔和微孔设置 X:1 格式的纵横比。如果违反此规则，纵横比将在“过孔属性”选项卡的信息区域变为红色。

Color Theme 颜色主题:
用户可以从 PCB Toolkit 的五个预装颜色主题中选择一个。

Metric Options 公制选项:

Use Microns 使用微米:
用户可以选择在公制模式下使用微米代替毫米。

二、XC-XL Reactance XC-XL 电抗

根据输入频率、电容和电感求解 XC、XL 和谐振频率。

Frequency 频率: 输入施加到电容器/电感器的信号频率。
Capacitance 电容: 输入电容值，单位为 uF、nF 或 pF。
Inductance 电感: 输入电感值，单位为 mH、uH 或 nH。
Xc: 这是基于给定输入的容抗。
Xl: 这是基于给定输入的感抗。
Resonant Frequency 谐振频率: 这是输入的电容和电感之间的谐振频率。

三、Wavelength Calculator 波长计算器

该程序使用有效介电常数 (Er effective) 和周期/频率来计算给定频率的波长。请注意，有效介电常数并不总是基板标称的介电常数值。

Input Method 输入方法: 选择输入信号的周期或频率。
填入信号频率（Frequency）：这里的关键是，对于高速数字信号，不能只填时钟频率。为了更准确地反映信号的高频特性，建议使用 有效频率（F_knee），公式是 F_knee = 0.5 / Tr (10%~90%)，Tr 是信号的上升时间，Tr(10% ~ 90%)为信号上升沿部分的10%~90%。有时也可以用 5 * 时钟频率 来做快速估算
Er Eff 有效介电常数: 输入材料的有效介电常数。如果不知道，可以使用有效介电常数计算器来帮助找到该值。

信号在微带线或带状线中感受到的介电常数，和板材的标称值（如FR4的4.2）不同。建议先在软件的阻抗计算或Er_effective计算器中，根据你的叠层信息算出这个值，再填入波长计算器，这样会更准确。

Wavelength Divide 波长分数: 使用滑块显示从全波长到 1/20 常数的波长值。

当走线长度（L）> 信号有效波长的 1/6（或1/4，以1/6为更保守的工程经验）时，这条走线就必须被视为传输线。

四、Option 选项

Units 单位: 在英制 (mils) 和公制 (mm) 单位之间切换。
Base Copper Weight 基铜重量: 这是在电镀前 PCB 基板上的覆铜层厚度。
Plating Thickness 电镀厚度: 这是制造商在电镀过程中添加到基础覆铜层上的铜的厚度。

指在PCB生产过程中，通过电镀工艺在基铜基础上额外沉积的铜层厚度。这主要发生在外层和过孔孔壁，目的是让外层线路达到目标总厚度，并确保过孔有足够的导电性和可靠性。可以理解为“铜的增量”。注意: 所有外层都会镀上一定量的铜以获得 PTH (电镀通孔)。内层则不进行电镀。例如，一个常见的“1oz外层完成铜厚”，其来源通常是 0.5oz Base Copper + 0.5oz Plating

Material Selection 材料选择: 从不同的 PCB 基板列表中选择，以提供预定义的介电常数和玻璃化转变温度值，或者在编辑框中输入自定义的介电常数或 Tg。
Temp Rise 温升: 输入您的过孔或导体期望的温升或最大温升。这是过孔或导体因计算出的电流流过而升高的温度量，单位为摄氏度。
Ambient Temp 环境温度: 输入设备的环境温度。
Dielectric Constant 介电常数: 基材的介电常数。一些常见的基板及其各自的介电常数在材料下拉列表中提供。
Tg: 材料的玻璃化转变温度。一些常见的基板及其各自的介电常数在材料下拉列表中提供。
Print 打印: 以图形形式打印数据。
Solve 求解: 在任何输入编辑框中按回车键。根据给定的输入进行求解。

五、Via Properties 过孔属性

Layer Set 层设置: 在 2 层过孔、多层过孔和微型过孔之间进行选择。
Via Hole Diameter 过孔孔径: 这是过孔的成品孔径。
Internal Pad Diameter 内层焊盘直径: 这是过孔内层焊盘的直径，用于多层阻抗计算。
Reference Plane Opening Diameter 参考平面开口直径: 这是围绕内层焊盘的开口直径。该值不能小于内层焊盘直径。
Via Height 过孔高度: 这是过孔从起始层到结束层的长度。PCB 越薄，其散热能力越差，从而降低了提高过孔温度所需的电流。
Via Plating Thickness 过孔电镀厚度: 这是钻孔后在过孔孔壁上电镀的铜的厚度。请向您的供应商询问确切的值以获得更准确的结果，因为该值可能会有所不同。
Via Capacitance 过孔电容: 这是根据给定输入估算的过孔电容。该值仅适用于多层过孔，因为它使用内层焊盘和参考平面开口进行计算。
Via Inductance 过孔电感: 这是根据给定输入估算的过孔电感。
Via Impedance 过孔阻抗: 这是根据给定输入估算的过孔交流阻抗。该值仅适用于多层过孔，因为它使用过孔电容进行计算。via_zo = sqrt(via_l/ (via_c * 0.001))
Via DC Resistance 过孔DC电阻: 这是根据给定输入估算的过孔直流电阻。
Resonant Frequency 谐振频率: 这是根据给定输入估算的过孔谐振频率。该值仅适用于多层过孔，因为它使用过孔电容进行计算。
Step Response 阶跃响应: 这是过孔的阶跃响应。它是 T10-90% 阶跃响应的值，并显示了对 50 欧姆传输线路上升时间的影响。
Power Dissipation 功耗: 这是根据给定输入估算的过孔功耗。它是通过使用计算出的过孔电流和直流电阻的 I2R 方法得出的。
Power Dissipation dBm 功耗 dBm: 这是将给定输入估算的过孔功耗转换为 dBm。
Via Voltage Drop 过孔电压降: 这是过孔两端的直流电压降。V = I*R
Conductor Cross Section 导体横截面积: 这是与扁平导体相比，估算的过孔横截面积。
Via Current 过孔电流: 这是将导致过孔温度上升到温升编辑框中选定温度水平的估算电流。
Via Voltage Drop 过孔电压降: 这是基于其电阻和流经电流的估算电阻上的电压降。
Via Thermal Resistance 过孔热阻: 这是估算的过孔热阻。
Via Count 过孔数量: 输入所需的热过孔数量，计算器将输出每个过孔的热阻。

Differential Vias / Vias Stub Length 差分过孔 / 过孔残桩长度:

注意:
此计算器假设所有非功能性焊盘都已移除。例如，一个 16 层板，连接到一个内层，将有 13 层的非功能性过孔焊盘被移除，以不影响过孔的特性。

Via Stub Length 计算的是：过孔残桩（Stub）带来的谐振频率，以及该频率下的插入损耗（Insertion Loss）。**

什么是残桩（Stub）？ 当信号从内层走线切换到过孔时，过孔从该内层到最底端（或到另一端）没有被信号使用到的那段导体，就是残桩。它就像一根悬空的“天线”，会反射信号，在特定频率产生谐振，严重劣化信号质量。

这个功能做什么？ 你输入过孔结构和叠层参数后，软件会算出最大允许残桩长度（Maximum Stub Length），告诉你为了不影响当前信号速率，残桩必须短于多少。同时给出该残桩导致的插入损耗（Insertion Loss），让你量化评估影响。

Drill Hole Diameter 钻孔直径: 请使用过孔的钻孔直径，而不是像在“过孔属性”计算器中那样的成品孔直径。孔径越大，寄生参数越明显。
Ref Plane Opening H / W 参考平面开口高/宽: 输入过孔焊盘的开口尺寸或反焊盘尺寸。
Full Plane Opening 全平面开口: 如果您希望在参考平面上为过孔设置一个完整的开口，请勾选此复选框。反焊盘（Anti-pad）直径。即过孔穿过电源/地平面时，孔与平面之间的隔离孔大小。它影响过孔对参考平面的电容，进而影响阻抗。
Via Spacing 过孔间距: 这是两个差分过孔的中心到中心间距。
Anisotropy 各向异性: 输入 PCB 基板的各向异性。您可能需要联系您的材料供应商获取此信息，因为它不总是在材料数据手册中显示。注意: 当平行 (x-y) 和垂直 (z) 方向测量的介电常数值不同时，材料是各向异性的。
Differential Pair Z : 差分过孔设置。目标差分阻抗（如100Ω）。软件会根据这个值来优化过孔间距等参数。
Baud Rate 波特率 ：信号数据速率。用于计算信号的有效频率，进而判断残桩是否会引起谐振。
Maximum Stub Length 最大残桩长度: 这是一个计算值，表示在遇到不必要的谐振频率零点之前，过孔残桩可以有多长。
Odd Mode Impedance：奇模阻抗。差分对中，一根线对地（且另一根线等幅反相驱动）时的阻抗，通常用于计算差分阻抗。
Differential Impedance：差分阻抗。差分信号感受到的两线之间的阻抗，理想值应与目标（如100Ω）匹配。
Insertion Loss：插入损耗。信号经过该过孔结构时损失的能量，单位dB。值越大损耗越严重。
Er Effective：有效介电常数。信号在过孔区域感受到的等效介电常数，介于空气（Er=1）和板材（Er≈4.2）之间，用于计算信号在过孔内的传播速度。

如何用这个页面指导设计？ 重点看 Maximum Stub Length：

实际残桩长度 = 过孔总长 - 信号换层位置到最近参考平面的距离（简化理解）。
如果实际残桩长度 > 计算结果，就必须采取措施：
1. 背钻（Back Drilling）：把残桩部分从背面钻掉，这是最常用的方法。
2. 改用盲孔/埋孔：直接从信号层打到目标层，从根本上消除残桩。
3. 调整层叠：让信号层尽量靠近表层或底层，缩短残桩。

六、Thermal Management 热管理

主要用于估算PCB上某个器件（例如功率MOSFET、稳压芯片等）的结温（Junction Temperature），以评估其工作时的热可靠性。热阻（Thermal Resistance），单位通常是 °C/W。可以把它想象成电阻：热阻越大，热量越难传导出去，温升就越高。

Device Junction Temperature 器件结温:

Device Thermal Resistance 器件热阻: 这是器件的热阻，单位为摄氏度/瓦特。 Device Power Dissipation 器件功耗: 这是器件消耗的总功率。 Device Junction Temperature 器件结温: 这是器件结点的温度。

Heat Sink Junction Temperature 散热器结温:

Heat Sink Thermal Resistance 散热器热阻: 这是散热器的热阻，单位为摄氏度/瓦特。 Device Power Dissipation 器件功耗: 这是器件消耗的总功率。 Heat Sink Junction Temperature 散热器结温: 这是散热器结点的温度。

典型的热传递路径和对应的热阻包括：