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[硬件] 关于阻抗控制,你知道多少?

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发表于 2019-9-27 15:08 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

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1阻抗控制概念介绍( ?  u) J' V8 E$ ?1 x9 f7 s6 o
% s( D) i/ Q( N2 K
阻抗
$ K2 o1 B; {  d  D3 l3 J% U为区别直流电(DC)的电阻,把交流电所遇到的阻力称为阻抗(Z0),包括电阻(R)、感抗(XC)和容抗(XL)。+ q0 n1 l6 Z' O" J5 y2 w

; [- s2 \& O: @
& a* e  L5 n% }5 `2 C% l
特性阻抗
1 m2 `9 d, p3 D5 l2 b
    % p$ d! K: `6 E9 j
  • 又称“特征阻抗”。在高频范围内,信号传输过程中,信号沿到达的地方,信号线和参考平面间由于电场的建立,会产生一个瞬间电流I,而如果信号的输出电平为V,在信号传输过程中,传输线就会等效成一个电阻,大小为V/I,把这个等效的电阻称为传输线的特性阻抗Z0。特性阻抗受介电常数、介质厚度、线宽等因素影响。8 a6 O; ^; \" c5 _/ d
  • 是指在某一频率下,传输信号线中(也就是我们制作的线路板的铜线),相对某一参考层(也就是常说的屏蔽层、影射层或参考层),其高频信号或电磁波在传播过程中所受的阻力称之为特性阻抗,它实际上是电阻抗、电感抗、电容抗等一个矢量总和。" x' \+ E, N. G; l6 ~* d4 D
2控制PCB特性阻抗的意义' k9 b. n2 [5 X, t
& c3 I. i) P6 J3 D$ Y- m* ~

    ; O% P, d0 J/ m6 v; h9 v. c3 D
  • PCB在电子产品中不仅起电流导通的作用,同时也起信号传送的作用;) {; H, P7 L7 Z2 ]# j3 ~
    . ?5 M# E: r; h* f3 |% W6 ]
  • 电子产品的高频、高速化,要求PCB提供的电路性能必须保证信号在传输过程中不发生反射,保持信号完整、不失真;$ |! G$ d  T$ c3 K7 }6 M6 m: ]
  • 特性阻抗是解决信号完整性问题的核心所在;. S& E& l! u, I( U
  • 电子设备(如电脑、通信交换机等)操作时,驱动元件(Driver)所发出的信号,需通过PCB信号线到达接收元件(Receiver)。为保证信号完整性,要求PCB的信号线的特性阻抗(Z0)必须与头尾元件的“电子阻抗”匹配;
    * y7 a- f2 P# a1 T! {. T
  • 当传输线≥1/3上升时间长度时,信号会发生反射,须考虑特性阻抗。
      Z+ c- S8 r4 t. [- M  r" S6 `! g1 w+ W) c
3影响特性阻抗的因素! m5 O! k3 y) j. R  s3 K5 b
" X4 \* W- d5 j% ~$ y0 R* i

    7 Y: e3 O% L1 w! K
  • 介质介电常数,与特性阻抗值成反比(Er),下图为常规的板材参数:
    % i4 A; {3 `6 p/ E) G2 P7 }
    ' t/ W; E# r) w' R9 g: n5 x, [
    & G: I0 V# v7 _" T- Z3 l5 r
  • 线路层与接地层(或外层)间介质厚度,与特性阻抗值成正比(H),下图为常规的板材参数:' }" c6 m+ f* ^: s. E
    - ?) w3 f/ l1 d) J
    , H# a; v) s& {: L4 c; C
  • 阻抗线线底宽度(下端W1);线面(上端W2)宽度,与特性阻抗成反比。
    5 {6 M: ]# }5 U8 ?
  • 铜厚,与特性阻抗值成反比(T)
    1 |+ U0 X* B  @3 E/ g5 U
  • 相邻线路与线路之间的间距,与特性阻抗值成正比(差分阻抗)(S)
    0 ?! [; T! I; U2 [7 K
  • 基材阻焊厚度,与阻抗值成反比(C)
    # u3 |& n7 I' ?/ k& I7 `4 L; ~
    9 Z5 F& i4 s5 G& A7 d3 a- w) V
4影响阻抗的工艺因素+ H! f" V' Q! Z2 o

" }/ c& Q+ j6 q- ?

    % E' @, _: Q" s4 V
  • 由于蚀刻原因,在铜厚>2oz时对阻抗影响很大,一般无法控制阻抗。
    6 ^% g7 K5 D$ X, {, |4 Z% B
  • 设计中没有铜和线的层面空白在生产时需要用固化片去填充,在计算阻抗时就不能直接代用板材供应商提供的介质厚度,而需要减去固化片填充这些空白地方的厚度,这就是自己计算的阻抗和生产厂家结果不一致的主要原因之一。
    ; i3 e; G# D( \- ^1 n3 ?! X
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