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印制電路板特性阻抗的控制

一、印制電路板阻抗特性：

據信號的傳輸理論，信號是時(shí)間、距離變量的函數，因此信號在連線(xiàn)上的每一部分都有可能變化。因此確定連線(xiàn)的交流阻抗，即電壓的變化和電流的變化之比為傳輸線(xiàn)的特性阻抗(Characteristic Impedance)：傳輸線(xiàn)的特性阻抗只與信號連線(xiàn)本身的特性相關(guān)。在實(shí)際電路中，導線(xiàn)本身電阻值小于系統的分布阻抗，猶其是高頻電路中，特性阻抗主要取決于連線(xiàn)的單位分布電容和單位分布電感帶來(lái)的分布阻抗。理想傳輸線(xiàn)的特性阻抗只取決于連線(xiàn)的單位分布電容和單位分布電感。

二、印制電路板特性阻抗的計算：

信號的上升沿時(shí)間和信號傳輸到接收端所需時(shí)間的比例關(guān)系，決定了信號連線(xiàn)是否被看作是傳輸線(xiàn)。具體的比例關(guān)系由下面的公式可以說(shuō)明：如果PCB板上導線(xiàn)連線(xiàn)長(cháng)度大于l/b就可以將信號之間的連接導線(xiàn)看作是傳輸線(xiàn)。由信號等效阻抗計算公式可知，傳輸線(xiàn)的阻抗可以用下面的公式表示：在高頻(幾十兆赫到幾百兆赫)情況下滿(mǎn)足wL>>R(當然在信號頻率大于109Hz的范圍內，則考慮到信號的集膚效應，需要仔細地研究這種關(guān)系)。那么對于確定的傳輸線(xiàn)而言，其特性阻抗為一個(gè)常數。信號的反射現象就是因為信號的驅動(dòng)端和傳輸線(xiàn)的特性阻抗以及接收端的阻抗不一致所造成的。對于CMOS電路而言，信號的驅動(dòng)端的輸出阻抗比較小，為幾十歐。而接收端的輸入阻抗就比較大。

三、印制電路板特性阻抗控制：

印制電路板上導線(xiàn)的特性阻抗是電路設計的一個(gè)重要指標，特別是在高頻電路的PCB設計中，必須考慮導線(xiàn)的特性阻抗和器件或信號所要求的特性阻抗是否一致，是否匹配。因此，在PCB設計的可靠性設計中有兩個(gè)概念是必須注意的。

四、印制電路板阻抗控制：

線(xiàn)路板中的導體中會(huì )有各種信號傳遞，當為提高其傳輸速率而必須提高其頻率，線(xiàn)路本身若因蝕刻、疊層厚度、導線(xiàn)寬度等因素不同，將會(huì )造成阻抗值得變化，使其信號失真。故在高速線(xiàn)路板上的導體，其阻抗值應控制在某一范圍之內，稱(chēng)為“阻抗控制”。影響PCB走線(xiàn)的阻抗的因素主要有銅線(xiàn)的寬度、銅線(xiàn)的厚度、介質(zhì)的介電常數、介質(zhì)的厚度、焊盤(pán)的厚度、地線(xiàn)的路徑、走線(xiàn)周邊的走線(xiàn)等。所以在設計PCB時(shí)一定要對板上走線(xiàn)的阻抗進(jìn)行控制，才能盡可能避免信號的反射以及其他電磁干擾和信號完整性問(wèn)題，保證PCB板的實(shí)際使用的穩定性。PCB板上微帶線(xiàn)和帶狀線(xiàn)阻抗的計算方法可參照相應的經(jīng)驗公式。

五、印制電路板阻抗匹配：

在線(xiàn)路板中，若有信號傳送時(shí)，希望由電源的發(fā)出端起，在能量損失*小的情形下，能順利的傳送到接受端，而且接受端將其完全吸收而不作任何反射。要達到這種傳輸，線(xiàn)路中的阻抗必須和發(fā)出端內部的阻抗相等才行稱(chēng)為“阻抗匹配”。在設計高速PCB電路時(shí)，阻抗匹配是設計的要素之一。而阻抗值與走線(xiàn)方式有**的關(guān)系。例如，是走在表面層(Microstrip)還是內層(Stripline/Double Stripline)、與參考的電源層或地層的距離、走線(xiàn)寬度、PCB材質(zhì)等均會(huì )影響走線(xiàn)的特性阻抗值。也就是說(shuō)，要在布線(xiàn)后才能確定阻抗值，同時(shí)不同PCB生產(chǎn)廠(chǎng)家生產(chǎn)出來(lái)的特性阻抗也有微小的差別。一般仿真軟件會(huì )因線(xiàn)路模型或所使用的數學(xué)算法的限制而無(wú)法考慮到一些阻抗不連續的布線(xiàn)情況，這時(shí)候在原理圖上只能預留一些端接(Temninators)，如串聯(lián)電阻等，來(lái)緩和走線(xiàn)阻抗不連續的效應。真正根本解決問(wèn)題的方法還是布線(xiàn)時(shí)盡量注意避免阻抗不連續的發(fā)生。

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