高速pcb設(shè)計(jì)當(dāng)中為什么要控制阻抗

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2022-10-17 14:14 上傳

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高速pcb設(shè)計(jì)為什么要控制阻抗匹配

  相信大家在接觸高速PCB設(shè)計(jì)的時(shí)候都會了解到 阻抗 的一個(gè)概念，那么我們在高速PCB設(shè)計(jì)是為什么需要控阻抗呢，哪些信號需要控阻抗以及不控阻抗對我們的電路有什么影響呢？下面帶大家了解一下有關(guān)阻抗的一些知識。

一、什么是阻抗匹配

在傳輸線中達(dá)到所有高頻和微波信號均能傳遞至負(fù)載點(diǎn)且不有有信號反射回來源點(diǎn)，使我們傳輸線的輸入段與輸出端處于阻抗匹配狀態(tài)，簡稱為阻抗匹配。

二、為什么要做阻抗匹配？

在低速的PCB設(shè)計(jì)當(dāng)中可以不做阻抗匹配，但是在高速PCB設(shè)計(jì)中要得到完整､可靠､精確､無干擾､噪音的傳輸信號｡就必須保證印刷電路板提供的電路性能保證信號在傳輸過程中不發(fā)生反射現(xiàn)象,信號完整,傳輸損耗低,起到匹配阻抗的作用，若關(guān)鍵的信號沒有達(dá)到阻抗匹配，可能會導(dǎo)致信號的反射 反彈 損耗等，原本良好的信號波形會變形，這將會直接影響到我們的電路的性能甚至功能。

三、影響阻抗的因素有哪些？

通常影響阻抗的因素有以下幾點(diǎn)

1、Er--介電常數(shù)：

不同的板材的介電常數(shù)也有區(qū)別。

目前的常見的板材有 紙基板（俗稱有，紙板，膠板，V0板,阻燃板等等）環(huán)氧玻纖布基板（俗稱：環(huán)氧板，玻纖板，纖維板，F(xiàn)R4）復(fù)合基板（俗稱：粉板等，cem-1板材國內(nèi)某些地方也叫22F），目前大多數(shù)板料選用 FR-4,該種材料的 Er 特性為隨著加載頻率的不同而變化,在使用頻率為 1GHZ 以下的其 Er 認(rèn)為 4.2 左右，1.5—2.0GHZ 的使用頻率下會略有下降，所以在我們實(shí)際應(yīng)用需要注意產(chǎn)品的使用頻率。               

2、H---介質(zhì)厚度：

該因素對阻抗控制的影響最大,如對阻抗的精確度要求很高,所以這 部分的設(shè)計(jì)應(yīng)力求精準(zhǔn) ,FR-4 的 H 的組成是由各種半固化片組合而成的通常我們的介質(zhì)又分為 內(nèi)層芯板的介質(zhì)厚度和多層板中壓合的介質(zhì)厚度。

3、W---走線寬度：

在我們設(shè)計(jì)當(dāng)中不同的線寬對我們的阻抗也會有影響，通常會根據(jù)實(shí)際情況對阻抗進(jìn)行分析計(jì)算，從而得到合適的線寬。

4、T---走線厚度：

通常減小線厚可以增大阻抗，增大線厚可以減小阻抗。

四、阻抗線都有哪些類型？

通常我們的阻抗線可以分為單端阻抗和差分阻抗，在多層板中單端線以及差分線參考相鄰層，需要注意的是在射頻線的處理上會進(jìn)行隔層參考來保證射頻天線達(dá)到最佳的線寬從而達(dá)到最好的性能，以及在我們兩層板設(shè)計(jì)時(shí)為了達(dá)到阻抗匹配的效果，需要做共面阻抗，所謂共面阻抗的意思是需要做阻抗匹配的單端線或者差分線通常參考信號線兩側(cè)的銅皮來達(dá)到一個(gè)阻抗匹配的目的。

附圖為射頻單端阻抗的隔層參考處理

（圖中設(shè)計(jì)為六層板，天線放置在top層，對天線區(qū)域第二層GND平面進(jìn)行挖空處理）

五、通常都有哪些線需要控阻抗呢，需要控多少om阻抗呢？

前面我們已經(jīng)了解到不是所有線都有阻抗匹配的要求，我們的高速線才需要控阻抗，不同信號的阻抗值不一樣 ，差分阻抗有90om  100om  120om等，一般USB2.0要求控90om阻抗，HDMI,USB3.0,MIPI,百兆網(wǎng)口，千兆網(wǎng)口等是控100om阻抗，RS422一般是控120om阻抗。單端線一般控50om阻抗即可 。

六、在完成PCB設(shè)計(jì)后一般要怎樣跟板廠對接使其了解哪些線需要做阻抗匹配呢？

在我們完成PCB設(shè)計(jì)之后，我們通常以截圖說明的方式向板廠說明我們板子當(dāng)中的阻抗匹配的情況，如下圖所示把不同阻抗值的信號線用顏色進(jìn)行一個(gè)標(biāo)記區(qū)分，然后截圖配上文字說明即可！

以上就是我們?nèi)�部的�?nèi)容了，相信大家在閱讀完本文之后已經(jīng)對我們高速PCB設(shè)計(jì)當(dāng)中的阻抗匹配的概念有一定的了解了，今后在PCB設(shè)計(jì)時(shí)一定要了解清楚阻抗信息，一般這些信息可以通過芯片的數(shù)據(jù)手冊來獲取，然后再用軟件計(jì)算出我們的線寬線距（差分線有線寬線距的要求，單端線只有線寬）在布線時(shí)要避免跨分割（我們的需要控阻抗的線需要有完整的參考平面，讓信號線所處的環(huán)境相同，如果信號線參考平面中的參考對象不同，則會造成阻抗不匹配的情況，輕則板子的速率達(dá)不到要求，重則板子的功能實(shí)現(xiàn)不了，這就是跨分割的概念！）的情況產(chǎn)生。

來源：凡億課堂，電子設(shè)計(jì)一站式學(xué)習(xí)平臺（www.fanyedu.com）