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PCB阻抗知识讲解.ppt


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PCB阻抗知识讲解.ppt
文档介绍:
阻抗知识讲解

2011.12.10
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目 录
1 阻抗相关概念
2 特性阻抗控制的意义及原理
3 特性阻抗的影响因素
4 实测数据分析各参数对阻抗的影响
5 阻抗控制建议
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1 相关概念---阻抗
1.1 当直流电流流过一个导体时候会收到一个阻力,我们称为电阻。
R=U/I
当交流电流通过导体时,同样会收到一个阻力,此阻力除了电阻的阻力外,还有感抗和容抗的阻力, 此阻力的矢量合我们称为阻抗。
Z= R+j ( XL–XC)
电容及电感的电抗分别称作电容抗及电感抗,简称容抗及感抗。它们的计量单位与电阻一样是欧姆,而其值的大小则和交流电的频率有关系,频率愈高则容抗愈小感抗愈大,频率愈低则容抗愈大而感抗愈小。此外电容抗和电感抗还有相位角度的问题,具有向量上的关系式,因此才会说:阻抗是电阻与电抗在向量上的和。
在电子通讯产品中 线路板中传输的能量,是种高低电平构成的脉冲信号,其所受的阻力称为特性阻抗。
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1.2特性阻抗及阻抗匹配概念的详细解释
PCB中,当某讯号方波,在传输线组合体的讯号当中,以高准位的正压讯号向前推进时,则在距离最近的参考层(如接地层)中理论上必有被该电场所感应出来的负压讯号伴随前行。若将其飞行时间短暂加以冻结,即可想象其所遭受到来自讯号线、介质层与参考层等共同呈现的瞬间阻抗值,此即所谓的特性阻抗值。
阻抗匹配(Impedance matching)在高频设计中是一个常用的概念,是微波电子学里的一部分,主要用于传输线上,来达至所有高频的微波信号皆能传至负载点的目的,不会有信号反射回来源点,从而提升能源效益。如果是电路板上的高速信号线的特性阻抗与负载阻抗不匹配时,会产生震荡,辐射干扰等。
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当信号在PCB导线中传输时,若导线的长度相当于信号线长度的1/7时(1/10时)此时的导线便作为信号线传输。即,低频不必考虑特性阻抗问题。

讯号的传输波长按照:λ=C/f (C---光速)

传输的频率越高,波长越短,当频率达GHZ的情况时候, λ将在cm或mm单位级长度,此时必须控制导线的特性阻抗.
讯号线的特性阻抗与终端IC的阻抗不匹配,过大或者过小,信号传输过程将出现反射,散射,衰弱或延迟的情况,导致噪音以及信号不完整。所以我们要设法让阻抗板的特性阻抗值与终端IC的阻抗匹配,以利于电路的信号传输和能源的节约。
λ
信号
L

因此,随着电子产品小型化、数字化、高频化和多功能化等的快速发展与进步,作为电子产品中电气的互连件—PCB中的导线的作用,已不仅只是电流流通与否的问题,而且是作为“传输线”的作用。也就是说,对于高频信号或高速数字信号的传输用的PCB之电气测试,不仅要测试线路的“通”、“断”、“短路”等是否合乎要求,而且还要其“特性阻抗值”是否合乎要求,只有这两方面都“合格”了,PCB才符合允收性。
2 特性阻抗控制的意义及原理
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3 特性阻抗的影响因素
目前阻抗的模块较多,如线路板厂广泛应用的英国Polar 公司的SI8000软件就提供了89种,但实际众多的模块最终又可以分为两大类,即微带状Microstripline和带状Stripline两种。微带状传输带传输线路是由一条安装在可导接地层的低损耗绝缘体上的控制宽度的可导迹线构成的。该绝缘体通常使用强化玻璃环氧树脂制造,例如 G10、FR-4 或 PTFE,用于超高频应用。带状线传输线路通常包括夹在两个参考层和绝缘材质之间的导线迹线。传输线路和层构成了控制阻抗。带状线与微带状传输带的不同之处在于它嵌入到两个参考层之间的绝缘材质中,带状线阻抗参考两个平面,阻抗迹线在内层,而微波传输带只有一个参考平面,阻抗迹线在PCB板的外层(表层

微带线阻抗计算公式
带线阻抗计算公式
由公式可知无论是哪一种模型,影响其大小的主要因素包括:绝缘材料的相对介质常数Er,线宽W,介质层厚度(H,D),导线的厚度T。
在实际的制程中,每一项参数都有其制程的变异,这些变异将影响最终线路的阻抗值。
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3.1 介质常数
介质常数是材料的特性,相同频率下不同树脂含量板料的介质常数是不同的,环氧树脂的介质常数一般是3.5,玻璃纤维布为6.5,树脂含量越高介质常数越小.相同的树脂含量的材料不同的测试频率情况下介质常数是不同的,一般FR4基材1MHZ为4.7,1GHZ情况下是4.3,是呈降低趋势, 一般FR4按照4.3计算。
图中横坐标取了对数刻度也即频率变化范围为0.1-10000(MHZ)
有图可知同一种板
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