印制电路板特性阻抗的控制
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随着 PCB 信号切换速度不断增长,当今的 PCB 设计厂商需要理解和控制 PCB 迹线的阻抗。
相应于现代数字电路较短的信号传输时间和较高的时钟速率,PCB 迹线不再是简单的连接,而是传输线。
在实际情况中,需要在数字边际速度高于1ns 或模拟频率超过300Mhz时控制迹线阻抗。
PCB 迹线的关键参数之一是其特性阻抗(即波沿信号传输线路传送时电压与电流的比值)。
印制电路板上导线的特性阻抗是电路板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。
这就涉及到两个概念:阻抗控制与阻抗匹配,本文重点讨论阻抗控制和叠层设计的问题。
阻抗控制阻抗控制(eImpedance Controling),线路板中的导体中会有各种信号的传递,为提高其传输速率而必须提高其频率,线路本身若因蚀刻,叠层厚度,导线宽度等不同因素,将会造成阻抗值得变化,使其信号失真。
故在高速线路板上的导体,其阻抗值应控制在某一范围之内,称为“阻抗控制”。
PCB 迹线的阻抗将由其感应和电容性电感、电阻和电导系数确定。
影响PCB走线的阻抗的因素主要有: 铜线的宽度、铜线的厚度、介质的介电常数、介质的厚度、焊盘的厚度、地线的路径、走线周边的走线等。
PCB 阻抗的范围是 25 至120 欧姆。
在实际情况下,PCB 传输线路通常由一个导线迹线、一个或多个参考层和绝缘材质组成。
迹线和板层构成了控制阻抗。
PCB 将常常采用多层结构,并且控制阻抗也可以采用各种方式来构建。
但是,无论使用什么方式,阻抗值都将由其物理结构和绝缘材料的电子特性决定:信号迹线的宽度和厚度迹线两侧的内核或预填材质的高度迹线和板层的配置内核和预填材质的绝缘常数PCB传输线主要有两种形式:微带线(Microstrip)与带状线(Stripline)。
微带线(Microstrip):微带线是一根带状导线,指只有一边存在参考平面的传输线,顶部和侧边都曝置于空气中(也可上敷涂覆层),位于绝缘常数 Er 线路板的表面之上,以电源或接地层为参考。
印刷无源电子元件阻抗特性研究科学技术的发展对电子设备的小型化和集成化要求越来越高,印刷电子技术的产生为解决该问题提供了新的思路,通过印刷的方式将无源电子元件印制成平面结构,代替传统电路板中电阻、电容和电感等分立元件,在降低制作成本基础上,减小设备尺寸。
本文采用丝网印刷的制作工艺,在柔性PET基底上印刷两种无源电子元件叉指电容和平面螺旋电感,研究其在100~600MHz频率范围内的阻抗特性,围绕两种无源电子元件的设计方法、印刷制作工艺和阻抗特性分析分别展开研究。
为实现低成本阻抗测量,用AD8302芯片和双定向耦合器设计并制作了一款简易的阻抗测量仪。
从数值仿真和理论分析两个角度对无源电子元件设计方法进行了验证。
数值仿真采用Ansoft公司的HFSS软件仿真,建立了陶瓷基底叉指电容和FR4基底平面螺旋电感结构,仿真获得其在100~600MHz频率范围内的阻抗值。
理论分析采用等效电路模型分析方法,建立上述仿真结构的高频等效电路模型,并进行电路参数计算,由电路参数确定其阻抗特性。
制作出与所建模型相同结构的平面电容和电感实物,用E4991A阻抗分析仪测试了其阻抗特性。
结果表明:仿真结果、电路模型分析结果同实际测试结果基本保持一致,从而验证了设计方法的有效性。
通过分析丝网印刷工艺参数(丝网目数、基底材料、油墨浓度和印刷次数)对印刷薄膜电阻值的影响以及不同种类的油墨对印刷叉指电容阻抗特性的影响,选择出合适的工艺参数和印刷油墨。
在PET基底上印制出不同结构参数的叉指电容和平面螺旋电感,分析了 100~600MHz频带范围内结构参数(叉指电容指的长度、指的宽度、缝隙宽度、指的个数、导体厚度和螺旋电感线圈宽度、缝隙宽度、导体厚度和线圈匝数)对其阻抗特性的影响,并将银油墨印刷叉指电容和平面螺旋电感的阻抗特性与金属导体银仿真得到的阻抗特性进行了比较,两条阻抗特性曲线基本重合,表明印制的电子元件在该频段内具有较好的阻抗特性。
浅谈PCB的阻抗随着信号传送速度快速的提高,对印刷电路板也提出了更高的要求。
印刷电路板提供的电路性能必须能够使信号在传输过程中不发生反射现象,信号保持完整,降低传输损耗,起到匹配阻抗的作用,这样才能得到完整、可靠、精确、无干扰、噪音的传输信号。
标签:影响阻抗的因素阻抗的计算世界电子工业领域发生的技术革命和产业结构变化,为印刷电路的发展带来了新机遇和挑战。
印刷电路随着电子设备的小型化、数字化、高频化等发展,PCB 中的金属导线起了信号传输线的作用。
对高频信号和高速数字信号的传输用PCB 的电气测试。
不仅要测量电路的通、断和短路等是否符合要求,还应测量特性阻抗值是否在规定的合格范围内。
1 阻抗类別阻抗分特性阻抗和差动阻抗两大类。
2 阻抗影响之因素2.1 线宽:当线宽增加时,特性阻抗减小。
2.2 线厚:当线厚增加时,特性阻抗减小。
2.3 介质厚度:当介质厚度增加时,特性阻抗增加。
其中介质常数由原材料决定;线路厚度由原材料或制程能力决定;线宽有制程能力决定;防焊厚度由原材料及厚度决定。
Z与时间的关系如图1所示。
在控制阻抗时要注意:介质层厚度的公差一般还要考虑是用什么样的半固化胶片,大多数情况是正负0.4左右。
压合介质层的大小跟特性阻抗影响不是很大,只要不出现压合是两面的介质层相差太离谱就不会影响很大。
主要是跟阻抗线的线宽有关系,线宽越宽阻抗就会越小。
3 阻抗计算公式特性阻抗的計算公式为:Z0=87/SQRT(εr+1.14)*1n[(5.98h)/(0.8w+t)];其中Z0:印刷导线的特性阻抗;εr:绝缘材料的介电常数;h/A:印刷导线与基准面之间的介质厚度;w:印刷导线的宽度;t :印刷导线的厚度。
4 各影响因素对阻抗影响的比例各影响因素对阻抗影响的比例如图2所示。
多层板用基板材料的绝缘厚度的精度的高低,对Z0精度控制是最重要的影响因素。
其次是导体的宽度。
5 TDR比较表6 结束语当选定基板材料类型和完成线路的PCB设计后,则预计的特性阻抗值已确定,但是真正要做到预计的特性阻抗或实际控制控制在预计的特性阻抗值的范围内,要通过PCB生产加工过程的管理与控制才能达到。
印制电路板阻抗匹配印制电路板阻抗匹配在线路板中,若有信号传送时,期望由电源的宣告端起,在能量扔掉最小的景象下,能顺畅的传送到承受端,并且承受端将其彻底吸收而不作任何反射。
要抵达这种传输,线路中的阻抗有必要和宣告端内部的阻抗持平才行称为阻抗匹配。
在方案高速PCB电路时,阻抗匹配是方案的要素之一。
而阻抗值与走线办法有必定的联络。
例如,是走在外表层(Microstrip)仍是内层(Stripline/DoubleStripline)、与参看的电源层或地层的间隔、走线宽度、PCB材料等均会影响走线的特性阻抗值。
也即是说,要在布线后才华断定阻抗值,一同纷歧样PCB出产厂家出产出来的特性阻抗也有纤细的纷歧样。
通常仿真软件会因线路模型或所运用的数学算法的束缚而无法思考到一些阻抗不接连的布线状况,这时分在原理图上只能预留一些端接(Temninators),如串联电阻等,来峻峭走线阻抗不接连的效应。
真实底子处理疑问的办法仍是布线时尽量留神防止阻抗不接连的发作。
界说:特性阻抗的界说:在某一频率下,电子器材传输信号线中,相对某一参看层,其高频信号或电磁波在传达进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:如今多见的特性阻抗分为:单端(线)阻抗、差分(动)阻抗、共面阻抗等。
单端(线)阻抗:英文singleendedimpedance,指单根信号线测得的阻抗。
差分(动)阻抗:英文differentialimpedance,指差分驱动时在两条等宽等间隔的传输线中查验到的阻抗。
共面阻抗:英文coplanarimpedance,指信号线在其周围GND/VCC(信号线到其两头GND/VCC间隔持平)之间传输时所查验到的阻抗。
阻抗操控需要的抉择条件:当信号在PCB导线中传输时,若导线的长度挨近信号波长的1/7,此刻的导线便变成信号传输线,通常信号传输线均需做阻抗操控。
PCB制造时,依客户央求抉择是不是需管控阻抗,若客户央求某一线宽需做阻抗操控,出产时则需管控该线宽的阻抗。
PCB阻抗设计准则PCB(Printed Circuit Board,印刷电路板)阻抗设计准则是在设计和制造PCB时确保信号传输的准确性和稳定性的指导原则。
阻抗是电路中电流和电压之间的相对关系,它对信号传输速度、数据完整性和抗干扰能力等方面都具有重要影响。
因此,PCB阻抗设计准则是确保PCB可靠性和性能的关键。
以下是一些常见的PCB阻抗设计准则:1.选择合适的传输线构造:在PCB设计中,常见的传输线类型有微带线、同轴线和双向线等。
根据实际应用需求和信号特性,选择合适的传输线类型和线宽。
2.控制传输线的几何尺寸:传输线的宽度、间距和厚度等几何参数直接影响阻抗。
因此,在设计过程中要按照设计要求和信号特性控制好传输线的几何尺寸。
3.选择合适的介质常数:介质常数是PCB设计中很重要的一个参数,它对传输线的阻抗有很大影响。
选择合适的介质常数可确保传输线阻抗的一致性和稳定性。
4.控制传输线长度:传输线的长度也会对阻抗产生影响。
阻抗是随着长度的变化而变化的,因此在PCB设计中要控制好传输线的长度。
5.使用阻抗控制工具:PCB设计软件通常会提供阻抗控制工具,可以帮助设计师快速计算和控制传输线的阻抗。
合理使用这些工具可以提高设计效率和准确性。
6.注意信号层之间的阻抗匹配:在多层PCB中,不同信号层之间的阻抗匹配也是非常重要的。
在设计过程中要注意信号层之间对阻抗的影响,通过适当的层堆叠和电气连接方式来实现阻抗匹配。
7.确保良好的地与电源连接:地和电源连接是PCB设计中另一个关键问题。
良好的地和电源连接可以减小共模干扰和电源噪音,从而提高信号质量和阻抗匹配。
8.进行阻抗测试和验证:在PCB制造完成后,进行阻抗测试和验证是非常重要的。
通过测量实际的阻抗值和预期的阻抗值进行对比,可以确保PCB的阻抗设计是准确和可靠的。
综上所述,PCB阻抗设计准则是确保PCB可靠性和性能的关键。
合理控制传输线的几何尺寸、选择合适的介质常数、控制传输线长度等都是保证阻抗的一致性和稳定性的重要因素。
^谈PCB的阻抗控制随着电路设计日趋复杂和高速,如何保证各种信号(特别是高速信号)完整性,也就是保证信号质量,成为难题。
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。
阻抗控制最终需要通过PCB设计实现,对PCB板工艺也提出更高要求,经过与PCB 厂的沟通,并结合EDA软件的使用,我对这个问题有了一些粗浅的认识,愿和大家分享。
多层板的结构: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:0.615.24Mm 3KPCB的参数:不同的印制板厂,PCB的参数会有细微的差异,通过与上海嘉捷通电路板厂技术支持的沟通,得到该厂的一些参数数据:表层铜箔:可以使用的表层铜箔材料厚度有三种:12um、18um和35um。
pcb过孔降低阻抗原理PCB(Printed Circuit Board,印刷电路板)是电子设备中必不可少的组成部分,它承载着电子元器件并提供电气连接。
在PCB的设计中,阻抗是一个重要的参数,它直接影响着信号传输的质量和稳定性。
为了降低PCB过孔的阻抗,我们需要了解一些基本原理和方法。
让我们来了解一下PCB过孔的阻抗是如何产生的。
在PCB设计中,信号传输通常通过导线或导轨完成,而这些导线或导轨的尺寸和形状会影响电流的流动方式和阻抗数值。
当信号通过过孔时,过孔的尺寸和形状也会对信号的传输产生影响,从而导致阻抗的变化。
为了降低PCB过孔的阻抗,我们可以采取以下几种方法:1. 使用合适的过孔尺寸和形状:过孔的尺寸和形状对于阻抗的控制非常重要。
通常情况下,通过增加过孔的直径或者缩小过孔的长度,可以有效降低阻抗数值。
此外,还可以选择合适的过孔形状,如圆形、方形或椭圆形等,以进一步优化阻抗数值。
2. 使用合适的过孔材料:过孔材料的选择也会对阻抗产生影响。
一般来说,金属材料具有较低的电阻和电感,因此可以选择使用金属材料来制作过孔,以降低阻抗数值。
3. 使用多层板设计:在多层板设计中,通过在不同层之间布置相应的过孔连接,可以有效地降低阻抗数值。
多层板设计可以提供更多的电流路径,从而降低电阻和电感的影响。
4. 使用阻抗控制技术:在PCB设计中,可以采用一些专门的阻抗控制技术来降低过孔的阻抗。
例如,可以采用微带线或同轴线等特殊的导线形式,通过调整导线的宽度和间距,来实现对阻抗的精确控制。
通过以上方法,我们可以有效地降低PCB过孔的阻抗,提高信号传输的质量和稳定性。
但在实际应用中,还需要根据具体的设计要求和信号特性来选择合适的方法,并进行相应的优化和调整。
总结一下,降低PCB过孔阻抗的原理可以通过合适的过孔尺寸和形状、合适的过孔材料、多层板设计以及阻抗控制技术等方法来实现。
通过这些方法,我们可以有效地提高PCB的信号传输质量和稳定性,满足电子设备对于高性能和高可靠性的要求。
pcb绝缘阻抗标准PCB(Printed Circuit Board,印刷电路板)是电子产品中不可缺少的部件,它的性能和质量直接关系到整个产品的稳定性和可靠性。
而在PCB的设计与制造过程中,绝缘阻抗是一个非常重要的因素,因为高绝缘阻抗能提高信号传输的质量和可靠性,防止信号受到干扰和损耗,保证整个电路的稳定性。
然而,由于各种因素的影响,很容易造成绝缘阻抗不稳定,因此需要建立标准来约束和规范,下面将介绍PCB绝缘阻抗标准的相关内容。
一、PCB绝缘阻抗标准的制定PCB绝缘阻抗标准是由国际电气与电子工程师协会(IEEE)制定的,其中包括了许多细节和规范,主要分为以下几个方面:1. 贴片元件的影响:贴片元件本身的精度和特性会直接影响电路板的绝缘阻抗,因此需要特别注意。
例如,如果贴片元件的焊盘没有贴满,或者长宽比过大,都会对绝缘阻抗造成影响。
2. 布线的影响:布线的宽度、间距、走向等因素也会直接影响绝缘阻抗,因此需要在设计过程中进行细致的调整。
一般来说,在设计宽线时,需要采用对称或缠绕布线的方式,以此来保证绝缘阻抗的稳定性和一致性。
3. 电路板厚度的影响:电路板厚度直接决定了绝缘阻抗的大小,因此在选择电路板厚度时需要特别注意。
例如,对于高速传输等敏感性电路来说,需要选择尽可能薄的电路板,以此来提高绝缘阻抗的稳定性和可靠性。
二、如何测试PCB绝缘阻抗测试PCB绝缘阻抗通常采用网络分析仪(Network Analyzer),这是一种专门用于测试高频电路的仪器。
具体的测试步骤如下:1. 准备测试程序:根据不同的测试要求和指标,编写适当的测试程序,包括测试频段、测试参数等。
2. 连接测试仪器:将测试仪器与需要测试的电路板连接起来,并确保连接的稳定性和可靠性。
3. 进行测试过程:按照测试程序进行测试,一般来说,需要在多个测试点进行测试,并记录测试结果,以此来确保测试结果的准确性和可靠性。
4. 分析测试结果:将测试结果进行细致的分析,并根据测试指标来评估电路板绝缘阻抗的好坏,以此来决定是否需要进行进一步的调整和优化。
阻抗制作过程控制一、目的:自进入信息时代以来,信号传输高频化和高速数字化的发展是极快的,其应用也越来越广泛,当今的互联网、物联网、云计算,到即将出现的“工业4.0”(中国版为“中国制造2025”)等的工业技术和信息技术,都需要信号传输(或处理)高频化或高速数字化。
如何保证各种信号完整性,也就是保证信号质量,成为难题,此时,需要借助传输线理论进行分析,控制信号线的阻抗匹配成为关键。
二、阻抗介绍:1、信号完整性在信号在传输过程中,会因为阻抗问题导致损耗或失真,影响传输效果。
信号传输图见图1所示。
图1 信号传输眼图2、阻抗模块介绍常见的阻抗要求(差分阻抗&特性阻抗),及对应的阻抗线宽、线距、介质层、应用,如表1、表2。
表1 差分阻抗要求表2 特性阻抗要求三、阻抗影响因素及各因子影响度3.1 线宽与阻抗关系线宽与阻抗成反比,线宽越大阻抗越小,线宽越小阻抗越大;线距与阻抗成正比,线距越大阻抗越大,线距越小阻抗越小。
(1)当外层特性阻抗线宽W≤127μm,线宽变化13μm时,阻抗变化4.1Ω~3Ω,当线宽W在127 μm<W≤254 μm时,线宽变化13 μm时,阻抗变化2.7~1.8Ω;(2)当外层差分阻抗线宽W≤152 μm,线宽变化13 μm时,阻抗变化6.7Ω~4.3Ω;当外层差分阻抗线宽在152μm<W≤254μm时,线宽变化13μm时,阻抗变化3.7Ω~2.2Ω;线距S≤114 μm,线距离变化13 μm,阻抗变化4.1Ω~3.1Ω,线距114 μm<S ≤152 μm,线距离变化13 μm,阻抗变化2.5Ω~2.1Ω。
参考图3。
综上,当阻抗线宽W≤152 μm时,线宽偏离中值上限或偏离下限对阻抗影响度较大,如表。
图2 外层特性阻抗线宽与阻抗变化关系图图3 外层差分阻抗线宽与阻抗变化关系图3.2 介质层厚度与阻抗关系介质层厚度与阻抗成正比,介质层厚度越厚阻抗越大;介质层厚度薄厚阻抗越小。
PCB设计中的特性阻抗特性阻抗(Characteristic Impedance)是指传输线上电流和电压之间的比率,表示传输线上电流和电压之间的关系。
在PCB设计中,特性阻抗是十分重要的参数,它直接影响信号传输的性能和可靠性。
本文将详细介绍特性阻抗的概念、计算方法和影响因素。
一、特性阻抗的概念特性阻抗是指传输线上单位长度内阻抗的数值,单位为欧姆(Ω)。
它决定了传输线上电流和电压的比率,即电压波形和电流波形的传输特性。
特性阻抗可以看作是一种参数,表示了传输线在单位长度内能够传输电信号的能力。
特性阻抗可以通过传输线的物理特性和几何参数来确定,主要包括导体厚度、介质相对介电常数、导体间距、信号层到地层的间距等因素。
特性阻抗与线宽、线间距和介质常数、几何形状等有关。
二、特性阻抗的计算方法特性阻抗的计算方法有多种,常用的有理论计算方法和仿真/实测方法。
1.理论计算方法理论计算方法包括微带线计算、同轴线计算和矩形波导计算方法。
其中微带线计算方法是最常用的一种计算特性阻抗的方法,它适用于堆叠结构、分层结构和印制电路板等实际应用。
微带线的特性阻抗可以通过以下公式计算:Z0 = (138 / sqr t(εr + 1.41)) * (ln(5.98H / (0.8W + T)) + 1)其中,Z0为特性阻抗,εr为介质相对介电常数,H为介质厚度,W为导体宽度,T为导体厚度。
2.仿真/实测方法仿真/实测方法是通过使用电磁仿真软件或实验测量等手段来计算特性阻抗。
这种方法更加准确,能够考虑更多的因素,例如边缘效应和电磁耦合。
借助电磁仿真软件,可以通过建立PCB布局和层堆叠的模型来模拟电磁波在传输线上的传播过程,从而得到特性阻抗。
在仿真过程中,需要设置准确的物理材料参数和几何参数,并考虑信号源、负载、阻抗匹配、电磁兼容性等因素。
3.实测方法实测方法是通过使用高频测试器件,例如网络分析仪,来测量特性阻抗。
这种方法可以直接测量PCB上的传输线特性,直观可靠,但需要相应的测试设备和测试技术。
印制电路板(PCB)的阻抗控制介绍一:特性阻抗原理:传输线的定义,在国际标准IPC-2141 3.4.4说明其原则“当 信号在导线中传输时,若该导线长度大到信号波长的1/7,则该导线应被视做传输线。
如当某电磁波信号以时钟频率为900MHZ (GSM手机传输频率)在导线中传播时,则如果线路的长度大于:1/7波长=1C/7F=4.76CM 时,该线路就被定义为传输线。
众所周知,直流电路中电流传输时遇到的阻力叫电阻,交流电路中电流遇到的阻力叫阻抗而高频(》400MHZ )电路中传输信号所遇到的阻力叫特性阻抗,在高频情况下,印制板上的传输信号铜导线可以被视为由一串等效电阻及一并连电感所组合而成的传导线路,而此等效电阻在高频分析时小到可以忽略不记,因此我们在对一个印制板的信号传输进行高频分析时,则只需考虑杂散分布之串联电感及并联电容的效应,我们可以得到以下公式;Z0=R+√L/C √≈√L/C ( Z0为特性阻抗值)关于特性阻抗,有以下几原则:1、 在数字信号在板子上传输时,印制板线路的特性阻抗值必须与头尾元件的电子阻抗匹配,如果不匹配的话,所传送的信号能量将出现反射,散失,衰减,或延误,等现象,从而产生杂信,2、 由于电子元件的电子阻抗越高时,其传输速率才越快,因而电路板的特性阻抗值也要随之提高,才能与之匹配,3、射频通信用的PCB ,除强调 Z0外,有时更加强调板材本身具有低的 Er (介质常数)值及低的Df (介质损耗因子)值。
高频信号在介质中的传输速度为C/ Er,可知:Er 越小,传输速度越快,这也是为何高频要用低介质常数的高频材料。
Df 影响着信号在介质传输过程中的失真,Df 越小,失真越小。
二:特性阻抗的常见形式和计算方法:在线路板的设计中,传输信号最常见的有4种单线布线和2种差分布线方式方式:以上四种单线传输信号布线方式的阻抗计算公式见下;(差分略)1、 微带线:Z 。
=87ln 「5.98H/(0.8W+T )」Er+1.412、 埋入式微带线Z 。
印制电路板特性阻抗的控制
来源:PCB资源网作者:PCB资源网发布时间:2008-06-18 发表评论
一种好的叠层结构就能够作到对印制电路板特性阻抗的控制,其走线可形成易控制和可预测的传输线结构。
一、印制电路板特征阻抗
根据传输线理论和信号的传输理论,信号不仅仅是时间变量的函数,同时还是距离变量的函数,所以信号在连线上的每一点都有可能变化。
因此定义连线的交流阻抗,即变化的电压和变化的电流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,特别是在高频电路中,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。
二、印制电路板特性阻抗的计算
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10 9Hz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)。
那么式(2-3)可以简化为式(2-1)所示.
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。
三、印制电路板特性阻抗控制
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。
1 印制电路板阻抗控制
线路板中的导体中会有各种信号传递,当为提高其传输速率而必须提高其频率,线路本身若因蚀刻、叠层厚度、导线宽度等因素不同,将会造成阻抗值得变化,使其信号失真。
故在高速线路板上的导体,其阻抗值应控制在某一范围之内,称为“阻抗控制”。
影响PCB走线的阻抗的因素主要有铜线的宽度、铜线的厚度、介质的介电常数、介质的厚度、焊盘的厚度、地线的路径、走线周边的走线等。
所以在设计PCB时一定要对板上走线的阻抗进行控制,才能尽可能避免信号的反射以及其他电磁干扰和信号完整性问题,保证PCB板的实际使用的稳定性。
PCB板上微带线和带状线阻抗的计算方法可参照相应的经验公式。
(1)微带线。
PCB板上微带线阻抗的计算方法可参照下式:
H为两参考平面的距离,并且走线位于两参考平面的中间。
此公式必须W/H<0.35及T/H<0.25的情况才能应用。
式(2-4)和式(2-5)两个公式只是经验公式,如果要得到比较准确的结果,最好还是用仿真软件来计算。
其他导线的阻抗可以根据PCB设计特性阻抗来计算。
2 印制电路板阻抗匹配
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。