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信号的上升沿时间和信号传输到接收端所需时间的比例关系,决定了信号连线是否被看作是传输线。具体的比例关系由下面的公式可以说明:如果PCB板上导线连线长度大于l/b就可以将信号之间的连接导线看作是传输线。由信号等效阻抗计算公式可知,传输线的阻抗可以用下面的公式表示:在高频(几十兆赫到几百兆赫)情况下满足wL>>R(当然在信号频率大于109Hz的范围内,则考虑到信号的集肤效应,需要仔细地研究这种关系)。那么对于确定的传输线而言,其特性阻抗为一个常数。信号的反射现象就是因为信号的驱动端和传输线的特性阻抗以及接收端的阻抗不一致所造成的。对于CMOS电路而言,信号的驱动端的输出阻抗比较小,为几十欧。而接收端的输入阻抗就比较大。
据信号的传输理论,信号是时间、距离变量的函数,因此信号在连线上的每一部分都有可能变化。因此确定连线的交流阻抗,即电压的变化和电流的变化之比为传输线的特性阻抗(Characteristic Impedance):传输线的特性阻抗只与信号连线本身的特性相关。在实际电路中,导线本身电阻值小于系统的分布阻抗,犹其 是高频电路中,特性阻抗主要取决于连线的单位分布电容和单位分布电感带来的分布阻抗。理想传输线的特性阻抗只取决于连线的单位分布电容和单位分布电感。
印制电路板上导线的特性阻抗是电路设计的一个重要指标,特别是在高频电路的PCB设计中,必须考虑导线的特性阻抗和器件或信号所要求的特性阻抗是否一致,是否匹配。因此,在PCB设计的可靠性设计中有两个概念是必须注意的。
在线路板中,若有信号传送时,希望由电源的发出端起,在能量损失最小的情形下,能顺利的传送到接受端,而且接受端将其完全吸收而不作任何反射。要达到这种传输,线路中的阻抗必须和发出端内部的阻抗相等才行称为"阻抗匹配"。在设计高速PCB电路时,阻抗匹配是设计的要素之一。而阻抗值与走线方式有绝对的关系。例如,是走在表面层(Microstrip)还是内层(Stripline/Double Stripline)、与参考的电源层或地层的距离、走线宽度、PCB材质等均会影响走线的特性阻抗值。也就是说,要在布线后才能确定阻抗值,同时不同PCB生产厂家生产出来的特性阻抗也有微小的差别。一般仿真软件会因线路模型或所使用的数学算法的限制而无法考虑到一些阻抗不连续的布线情况,这时候在原理图上只能预留一些端接(Temninators),如串联电阻等,来缓和走线阻抗不连续的效应。真正根本解决问题的方法还是布线时尽量注意避免阻抗不连续的发生。
定义:
特性阻抗的定义:在某一频率下,电子器件传输信号线中,相对某一参考层,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,它是电阻抗,电感抗,电容抗……的一个矢量总和。
特性阻抗的分类:
目前常见的特性阻抗分为:单端(线)阻抗、差分(动)阻抗、共面阻抗等。
单端(线)阻抗:英文single ended impedance ,指单根信号线测得的阻抗 。
差分(动)阻抗:英文differential impedance,指差分驱动时在两条等宽等间距的传输线中测试到的阻抗。
共面阻抗:英文coplanar impedance ,指信号线在其周围GND/VCC(信号线到其两侧GND/VCC间距相等)之间传输时所测试到的阻抗。
阻抗控制需求的决定条件:当信号在PCB导线中传输时,若导线的长度接近信号波长的1/7,此时的导线便成为信号传输线,一般信号传输线均需做阻抗控制。PCB制作时,依客户要求决定是否需管控阻抗,若客户要求某一线宽需做阻抗控制,生产时则需管控该线宽的阻抗。
阻抗匹配的三个要素:输出阻抗(原始主动零件) 特性阻抗(信号线) 输入阻抗(被动零件)(PCB板)
阻抗匹配
当信号在PCB上传输时,PCB板的特性阻抗必须与头尾元件的电子阻抗相匹配,一旦阻抗值超出公差,所传出的信号能量将出现反射、散射、衰减或延误等现象,从而导致信号不完整,信号失真。
PCB线路板阻抗计算公式
PCB 线路板阻抗计算公式 现在关于 PCB 线路板的阻抗计算方式有很多种,相关的软件也能够直接帮您计算阻抗 值,今 天通过 polar si9000 来和大家说明下阻抗是怎么计算的。 在阻抗计算说明之前让我们先了解一下阻抗的由来和意义: 传输线阻抗是从电报方程推导出来 (具体可以查询微波理论 ) 如下图,其为平行双导线的分布参数等效电路 : ■------ di — r - dz £? 必 从此图可以推导出电报方程 加丄匚丄 T d ~ + [g + c— it 二 0 u =0 取传输线上的电压电流的正弦形式 劣==一 + j 如 oc = - -f* 推岀通解 /『+ j辽 y g + J^c 定义岀特性阻抗 无耗线下 r=0, g=0 得 7 -区 %、 注意,此特性阻抗和波阻抗的概念上的差异 (具体查看平面波的波阻抗定义 ) | £C = Ep 特性阻抗与波阻抗之间关系可从
浅谈特性阻抗板的工程设计与制程控制
文章简单地分析了影响PCB特性阻抗的主要因素及特性阻抗板在工程设计与生产制程中的应用和控制。
在线路板中,若有信号传送时,希望由电源的发出端起,在能量损失最小的情形下,能顺利的传送到接受端,而且接受端将其完全吸收而不作任何反射。要达到这种传输,线路中的阻抗必须和发出端内部的阻抗相等才行称为“阻抗匹配”。在设计高速PCB电路时,阻抗匹配是设计的要素之一。而阻抗值与走线方式有绝对的关系。例如,是走在表面层(Microstrip)还是内层(Stripline/Double Stripline)、与参考的电源层或地层的距离、走线宽度、PCB材质等均会影响走线的特性阻抗值。也就是说,要在布线后才能确定阻抗值,同时不同PCB生产厂家生产出来的特性阻抗也有微小的差别。一般仿真软件会因线路模型或所使用的数学算法的限制而无法考虑到一些阻抗不连续的布线情况,这时候在原理图上只能预留一些端接(Temninators),如串联电阻等,来缓和走线阻抗不连续的效应。真正根本解决问题的方法还是布线时尽量注意避免阻抗不连续的发生。
公司专注于柔性电路板(FPC)的设计、生产及加工,主要路线是求特色发展,主打产品为软硬结合板、特性阻抗板。另提供针对线路板材料、性能的多种分析、测试服务。
阻抗线路板工艺技术在线路板厂家已经非常成熟,对于阻抗板的阻值控制技术还有待生产阻抗线路板的厂家继续探索,随着电子科学技术的发展不断进步,电子产品对电路板的设计要求也越来越高.对于如何保证阻抗线路板的各种电路信号(特别是高速信号)的完整性,也就是保证线路输出信号的质量,成为阻抗板控制技术的难题。此时,需要借助传输线理论进行分析,控制信号线的特征阻抗匹配成为关键,不严格的阻抗控制,将引发相当大的信号反射和信号失真,导致设计失败。常见的信号,如PCI总线、PCI-E总线、USB、以太网、DDR内存、LVDS信号等,均需要进行阻抗控制。下面将详细介绍影响阻抗线路板控制技术的相关问题及各项参数。
多层线路板的结构:
为了很好地对PCB进行阻抗控制,首先要了解PCB的结构:
通常我们所说的多层板是由芯板和半固化片互相层叠压合而成的,芯板是一种硬质的、有特定厚度的、两面包铜的板材,是构成印制板的基础材料。而半固化片构成所谓的浸润层,起到粘合芯板的作用,虽然也有一定的初始厚度,但是在压制过程中其厚度会发生一些变化。
通常多层板最外面的两个介质层都是浸润层,在这两层的外面使用单独的铜箔层作为外层铜箔。外层铜箔和内层铜箔的原始厚度规格,一般有0.5OZ、1OZ、2OZ(1OZ约为35um或1.4mil)三种,但经过一系列表面处理后,外层铜箔的最终厚度一般会增加将近1OZ左右。内层铜箔即为芯板两面的包铜,其最终厚度与原始厚度相差很小,但由于蚀刻的原因,一般会减少几个um。
多层板的最外层是阻焊层,就是我们常说的“绿油”,当然它也可以是黄色或者其它颜色。阻焊层的厚度一般不太容易准确确定,在表面无铜箔的区域比有铜箔的区域要稍厚一些,但因为缺少了铜箔的厚度,所以铜箔还是显得更突出,当我们用手指触摸印制板表面时就能感觉到。
当制作某一特定厚度的印制板时,一方面要求合理地选择各种材料的参数,另一方面,半固化片最终成型厚度也会比初始厚度小一些。下面是一个典型的6层板叠层结构:
十六层线路板结构,六层阻抗线路板叠层结构图,这是一个十六层盲埋孔电路板的设计叠层结构。