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PCB阻抗原理深度剖析及实际应用PCN阻抗原理及知识应用01深度好文，建议分享收藏！我们做电子设计，遇到高速电路时会遇到很多问题，也会有很多新名词，比如：过冲，下冲，时延，阻抗，反射等，经过我的反复思考与研究，得到一些心得，跟大家一起分享。
随着信号传送速度迅猛的提高和高频电路的广泛应用，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、噪音低的传输信号。
在高速数字电路的PCB设计上，我们设计的产品不管是用到DDR2，还是DDR3内存，不管是PCIE差分还是SATA传输，都用到了高速PCB设计技术，而我们所设计的PCB用了阻抗控制技术后，基本上没有出现是PCB问题跑不通的情况。
要理解高速信号的设计知识，先要从一些基础电子知识说起。
01基础知识导体中的自由电子在电场的作用下定向移动形成电流。
电流方向只是物理学中约定俗成的一个规定,物理上规定电流的方向是正电荷的定向移动的方向或者负电荷的定向移动的反方向。
电流的速度不是电子运动速度，而是电场的速度。
图1：PA6000功率分析仪的电磁抗扰度测试图2：定向移动的电子02电场的传播速度与介质有关电信号的传播速度是与导体周围的介质介电常数有关的，电信号在真空中（指导体周围比较大的范围内都是真空）的传播速度是光速3*10^8 m/s,换算为30 cm/ns 。
在其它的介质中，它的传输速度是不一样的，如果相对介电系数是 Er ，则传播速度为 30/Er^0.5。
例如，在水中，水的相对介电系数是80，所以，传播速度约是真空中的1/9 ，即：30/80^0.5 = 3.35 cm/ns。
在PCB中，FR4的相对介电系数约为4，所以，传播速度是真空中的一半，即：30/4^0.5 = 15 cm/ns。
03传输线的特征阻抗是什么传输线的特征阻抗，又称为特性阻抗，是我们在进行高速电路设计的时候经常会提到的一个概念。
PCB阻抗PCB阻抗控制，在PCB设计中经常遇到阻抗计算，但是我不明白阻抗计算是计算整板PCB的阻抗还是几个部分的阻抗PCB阻抗，在PCB设计中经常遇到阻抗计算，但是我不明白阻抗计算是计算整板PCB的阻抗还是几个部分的阻抗：如我有差分阻抗，单线阻抗。
那到底该采用哪些数值呢？可能几个部分的阻抗都不一样在同一PCB板上？这样的话该计算哪个阻抗来作为PCB的阻抗呢！完整性最佳。
是不是每个地方阻抗不一样，我得告诉PCB厂商，这个地方阻抗做多少，哪个地方阻抗做多少啊，比如：USB2.0差分做成90欧姆，DDR与DSP连接线做成多少欧姆，和时钟线做成多少欧姆等等啊?这样的话是不是要详细说明多处的阻抗要求。
关键布线部分是要给出详细的设计要求的，设计时的阻抗大小，是通过仿真软件，使信号完整性达到最好状态下，得到的。
根据仿真结果，可以得到该信号线的线长，线宽，线间距，在那层布线，串接多大的匹配电阻等要求，然后仿真设计人员将此仿真结果交给PCB LAUOUT设计人员，PCB LAUOUT设计人员会根据此要求进行PCB布线设计，设计完毕后的PCB文件生成为GERBER文件，送给PCB制造厂商即可制造出相应的PCB。
1.阻抗控制是控制信号线的阻抗，不是整板PCB的阻抗2.差分阻抗是两条差分信号的阻抗，单线阻抗是单一信号的阻抗。
如USB 2.0要做差分90欧姆，射频信号线一般做单线50欧姆等等。
哪些线要做阻抗控制，控制为多少，一般每个硬件平台都有自己的要求。
3.没有PCB阻抗这种说法，只有信号的阻抗。
电路设计中，差分信号的两条差分线能不能交换顺序？题目说的有些笼统，主要是想知道哪些是可以交换的，为什么，哪些是不可以交换的，又是为什么？还有差分线之间跨加100ohm或12 0ohm的电阻的作用是什么，是阻抗匹配还是将电流转换为电压？各位大牛，ths了会变小。
差分信号实际传输是电压还是电流，什么差分信号，说的通俗一点,差分信号时属于数字信号吗进一步看是以电压为的标准的能量信号，若内阻小，就可以带多个负载（电流大）。
PCB板阻抗控制 近年来，随着IC集成度的提⾼和应⽤，其信号传输频率和速度越来越⾼，因⽽在印制板导线中，信号传输(发射)⾼到某⼀定值后，便会受到印制板导线本⾝的影响，从⽽导致传输信号的严重失真或完全丧失。
这表明，PCB导线所“流通”的“东西”并不是电流，⽽是⽅波讯号或脉冲在能量上的传输。
上述此种“讯号”传输时所受到的阻⼒，也称为“阻抗”，代表符号为Z0。
所以，PCB导线上单解决“通”、“断”和“短路”的问题还不够，还要控制导线的阻抗问题。
((⼀)) 何谓阻抗? 阻抗是⽤来评估电⼦元件特性的⼀个参数。
阻抗的定义是元件在既定频率下对交流电的总对抗作⽤。
((⼆)) 为何要阻抗控制? 因为PCB传输线中的特性阻抗值必须匹配Driver与Reciver的电⼦阻抗，否则会造成讯号能量的反射、衰减，以及讯号到达时间之延误，严重时⽆法判独及开机。
电路板线路中的讯号传播时，影响其“特性阻抗”的因素有线路的截⾯积，线路与接地层之间绝缘材质的厚度，以及其介质常数等叁项。
影响阻抗最多部分为:1、线宽，2、pp 厚度，3、介电值(FR-4 =4.3)其次是防焊厚度，侧蚀,铜厚.等等这些会改变磁⼒线分布，进⽽改变组抗之变数，先了解组抗公差值要求，再反推製程最⼤公差值，以软体计算是否可达成。
PCB 製程管制重点为⽤对材料/线径公差10%以内/压后层间厚度準确10%以内，即可达到设计要求。
((三)) 何谓Er值? 通常介质常数或称相对电容率既是每单位体积的绝缘物质在每⼀单位之电位梯度下所能储存的静电能量。
介质常数⾼则信号传输不少被储存在板材中⽽造成信号不佳及传播速率减慢。
⼀般对于信号品质要求⾼者会限⽤PTF((铁弗龙))就是因为其Er=2..5。
(四) ⼀般阻抗分3类： 1. 特性阻抗(impedance)。
如客户针对4层板，外层线宽进⾏阻抗之控制，其计算外层线宽阻抗软件模式如下。
其阻抗条之设计如下： 如客户针对6层板，其1，3，4，6层为⾛线层，皆须进⾏阻抗线宽之控制，注意内层L3&L4之阻抗线宽需措开不可重叠，避免影响阻抗值之测试，其计算内层线宽阻抗软件模式如下。
印刷电路板（PCB）的特性阻抗与特性阻抗控制印刷电路板（PCB）的特性阻抗与特性阻抗控制1、电阻交流电流流过一个导体时，所受到的阻力称为阻抗（Impedance），符合为Z，单位还是Ω。
此时的阻力同直流电流所遇到的阻力有差别，除了电阻的阻力以外，还有感抗（XL）和容抗（XC）的阻力问题。
为区别直流电的电阻，将交流电所遇到之阻力称为阻抗（Z）。
Z=√ R2 +（XL -XC）22、阻抗（Z）近年来，IC集成度的提高和应用，其信号传输频率和速度越来越高，因而在印制板导线中，信号传输（发射）高到某一定值后，便会受到印制板导线本身的影响，从而导致传输信号的严重失真或完全丧失。
这表明，PCB导线所“流通”的“东西”并不是电流，而是方波讯号或脉冲在能量上的传输。
3、特性阻抗控制（Z0 ）上述此种“讯号”传输时所受到的阻力，另称为“特性阻抗”，代表符号为Z0。
所以，PCB导线上单解决“通”、“断”和“短路”的问题还不够，还要控制导线的特性阻抗问题。
就是说，高速传输、高频讯号传输的传输线，在质量上要比传输导线严格得多。
不再是“开路/短路”测试过关，或者缺口、毛刺未超过线宽的20%，就能接收。
必须要求测定特性阻抗值，这个阻抗也要控制在公差以内，否则，只有报废，不得返工。
二、讯号传播与传输线1、信号传输线定义（1）根据电磁波的原理，波长（λ）越短，频率（f）越高。
两者的乘积为光速。
即C = λ.f ＝3×1010 cm/s（2）任何元器件，尽管具有很高的信号传输频率，但经过PCB导线传输后，原来很高的传输频率将降下来，或时间延迟了。
因此，导线长度越短越好。
（3）提高PCB布线密度或缩短导线尺寸是有利的。
但是，随着元件频率的加快，或脉冲周期的缩短，导线长度接近信号波长（速度）的某一范围，此时元件在PCB导线传输时，便会出现明显的“失真”。
（4）IPC－2141的3.4.4提出：当信号在导线中传输时，如果导线长度接近信号波长的1/7时，此时的导线被视为信号传输线。
PCB设计之阻抗控制的走线细节举例1.走线的宽度和间距：走线的宽度和间距会直接影响走线的阻抗。
通常情况下，走线的宽度越宽，阻抗越低。
为了控制阻抗，可以在设计软件中使用特定的规则来指定走线的宽度和间距。
例如，对于常见的50欧姆的阻抗控制要求，可以将规则设置为适当的走线宽度和间距。
2.层数的选择：在高速信号传输中，层数的选择也会影响阻抗。
较高的层数可提供更多的走线空间，有助于降低阻抗。
因此，为了阻抗控制，可以选择适当的层数。
在多层PCB设计中，内层走线的间距和宽度也需要综合考虑，以保持阻抗的一致性。
3.地平面的设计：在PCB设计中，地平面的设计是控制阻抗的关键。
地平面应尽可能地平整，并且与走线保持一定的距离。
这样可以减少地平面与走线之间的互电容和互电感，从而提高阻抗的一致性。
为了实现这一点，可以在地平面上设置一些小孔，用于连接不同地层，从而提高地层的连贯性。
4.走线的形状和拐角：走线的形状和拐角也会影响阻抗。
通常情况下，直线和圆弧形的走线对阻抗控制较好，而直角拐弯较差。
在需要进行90度拐角的情况下，可以使用斜角拐弯来减小阻抗的变化。
此外，走线的形状和转角也会对电磁兼容性（EMC）产生影响，在设计时需要综合考虑。
5.信号层和电源/地层的分离：为了阻抗控制，信号层和电源/地层应尽可能地分离。
这样可以减少信号层与电源/地层之间的互电容和互电感，从而提高阻抗的一致性。
在多层PCB设计中，可以选择在信号层之间插入电源/地层，建立一个电源平面或地平面来提供均匀的分布。
6.终端匹配：终端匹配是一种常用的阻抗控制技术。
通过在信号线的起始和终止位置添加合适的电阻、电容等元件，可以达到匹配信号线的阻抗。
例如，可以在信号线的终止位置添加电阻，以匹配信号线和负载之间的阻抗。
终端匹配可以在设计中通过网络分析软件来实现。
综上所述，PCB设计中的走线细节对于阻抗控制至关重要。
通过选择适当的走线宽度和间距、层数、设计合理的地平面、走线的形状和拐角以及合理的终端匹配，可以实现阻抗的一致性，提高信号传输的质量和稳定性。
PCB阻抗控制解决方案随着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。
史上最详细最通俗易懂的PCB阻抗控制说明烟台花无缺版权所有，未经书面许可，严禁以任何形式拷贝复制及扩散目录一、什么是PCB阻抗？二、为什么要控制PCB阻抗？三、阻抗不连续的PCB板会怎样？四、PCB常用阻抗控制值五、影响PCB阻抗的因素以及计算方法六、PCB阻抗控制实例（SDI板阻抗控制）七、反思一、什么是PCB阻抗？1.1.阻抗：在具有电阻、电感和的电路里，对电路中的电流所起的阻碍作用叫做阻抗。
它常用Z表示，是一个复数，实部称为电阻，虚部称为电抗。
阻抗的单位是欧姆。
1.2.我们常说的PCB阻抗其实是PCB的特性阻抗：又称“特征阻抗”，它不是直流电阻，属于长线传输中的概念。
在信号传输过程中，信号沿到达的地方，信号线和参考平面（电源或地平面）间由于电场的建立，会产生一个瞬间电流，传输线等效成一个电阻，我们把这个等效的电阻称为传输线的特性阻抗Z。
阻抗是电阻与电抗在向量上的和。
1.3 阻抗从字面上看就与电阻不一样，其中只有一个阻字是相同的，而另一个抗字呢？简单地说，阻抗就是电阻加电抗，所以才叫阻抗；周延一点地说，阻抗就是电阻、电容抗及电感抗在向量上的和。
在直流电的世界中，物体对电流阻碍的作用叫做电阻，世界上所有的物质都有电阻，只是电阻值的大小差异而已。
电阻小的物质称作良导体，电阻很大的物质称作非导体，而最近在高科技领域中称的超导体，则是一种电阻值几近于零的东西。
但是在交流电的领域中则除了电阻会阻碍电流以外，电容及电感也会阻碍电流的流动，这种作用就称之为电抗，意即抵抗电流的作用。
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Ω，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。
二、为什么要控制PCB阻抗？2.1阻抗匹配（Impedance matching ）是微波电子学里的一部分，主要用于上，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。
PCB阻抗控制随着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。
