特性阻抗控制介绍

两层板（双面板）如何控制50欧特性阻抗的设计技巧我们都知道，在射频电路的设计过程中，走线保持50欧姆的特性阻抗是一件很重要的事情，尤其是在Wi-Fi产品的射频电路设计过程中，由于工作频率很高（2.4GHz或者5.8GHz），特性阻抗的控制就显得更加重要了。

如果特性阻抗没有很好的控制在50欧姆，那么将会给射频工程师的工作带来很大的麻烦。

什么是特性阻抗?是指当导体中有电子”讯号”波形之传播时，其电压对电流的比值称为”阻抗Impedance”。

由于交流电路中或在高频情况下，原已混杂有其它因素(如容抗、感抗等)的”Resistance”，已不再只是简单直流电的”欧姆电阻”(OhmicResistance)，故在电路中不宜再称为”电阻”，而应改称为”阻抗”。

不过到了真正用到”Impedance阻抗”的交流电情况时，免不了会造成混淆，为了有所区别起见，只好将电子讯号者称为”特性阻抗”。

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绿材质的厚度，以及其介质常数等三项。

目前已有许多高频高传输速度的板子，已要求”特性阻抗”须控制在某一范围之内，则板子在制造过程中，必须认真考虑上述三项重要的参数以及其它配合的条件。

两层板如何有效的控制特性阻抗？在四层板或者六层板的时候，我们一般会在顶层（top）走射频的线，然后再第二层会是完整的地平面，这样顶层和第二层的之间的电介质是很薄的，顶层的线不用很宽就可以满足50欧姆的特性阻抗（在其他情况相同的情况下，走线越宽，特性阻抗越小）。

但是，在两层板的情况下，就不一样了。

两层板时，为了保证电路板的强度，我们不可能用很薄的电路板去做，这时，顶层和底层（参考面）之间的间距就会很大，如果还是用原来的办法控制50欧姆的特性阻抗，那么顶层的走线必须很宽。

例如我们假设板子的厚度是39.6mil(1mm)，按照常规的做法，在Polar中设计，如下图线宽70mil，这是一个近乎荒谬的结论，简直令人抓狂。

两层板（双面板）如何控制50欧特性阻抗的设计技巧我们都知道，在射频电路的设计过程中，走线保持50欧姆的特性阻抗是一件很重要的事情，尤其是在Wi-Fi 产品的射频电路设计过程中，由于工作频率很高（2.4GHz或者5.8GHz），特性阻抗的控制就显得更加重要了。

如果特性阻抗没有很好的控制在50欧姆，那么将会给射频工程师的工作带来很大的麻烦。

什么是特性阻抗?是指当导体中有电子”讯号”波形之传播时，其电压对电流的比值称为”阻抗Impedance”。

由于交流电路中或在高频情况下，原已混杂有其它因素(如容抗、感抗等)的”Resistance”，已不再只是简单直流电的”欧姆电阻”(OhmicResistance)，故在电路中不宜再称为”电阻”，而应改称为”阻抗”。

不过到了真正用到”Impedance 阻抗”的交流电情况时，免不了会造成混淆，为了有所区别起见，只好将电子讯号者称为”特性阻抗”。

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绿材质的厚度，以及其介质常数等三项。

目前已有许多高频高传输速度的板子，已要求”特性阻抗”须控制在某一范围之内，则板子在制造过程中，必须认真考虑上述三项重要的参数以及其它配合的条件。

两层板如何有效的控制特性阻抗？在四层板或者六层板的时候，我们一般会在顶层（top）走射频的线，然后再第二层会是完整的地平面，这样顶层和第二层的之间的电介质是很薄的，顶层的线不用很宽就可以满足50欧姆的特性阻抗（在其他情况相同的情况下，走线越宽，特性阻抗越小）。

但是，在两层板的情况下，就不一样了。

两层板时，为了保证电路板的强度，我们不可能用很薄的电路板去做，这时，顶层和底层（参考面）之间的间距就会很大，如果还是用原来的办法控制50欧姆的特性阻抗，那么顶层的走线必须很宽。

例如我们假设板子的厚度是39.6mil(1mm)，按照常规的做法，在Polar中设计，如下图线宽70mil，这是一个近乎荒谬的结论，简直令人抓狂。

特性阻抗之原理與應用Characteristic Impedance一、前題1、導線中所傳導者為直流（D.C.）時，所受到的阻力稱為電阻（Resistance），代表符號為R，數值單位為“歐姆”（ohm,Ω）。

其與電壓電流相關的歐姆定律公式為：R=V/I；另與線長及截面積有關的公式為：R=ρL/A。

2、導線中所傳導者為交流（A.C.）時，所遭遇的阻力稱為阻抗（Impedance），符號為Z，單位仍為Ω。

其與電阻、感抗及容抗等相關的公式為：Z =√R2 +(XL—Xc)23、電路板業界中，一般脫口而出的“阻抗控制”嚴格來說并不正确，專業性的說法應為“特性阻抗控制”（Characteristic Impedance Control）才對。

因為電腦類PCB線路中所“流通”的“東西”并不是電流，而是針對方波訊號或脈沖在能量上的傳導。

此種“訊號”傳輸時所受到的“阻力”另稱為“特性阻抗”，代表的符號是Zo。

計算公式為：Zo = √L/C ，（式中L為電感值，C為電容值），不過Zo的單位仍為歐姆。

只因“特性”的原文共有五個章節，加上三個單字一并唸出時拗口繞舌十分費力。

為簡化起見才把“特性”一字暫時省掉。

故知俗稱的“阻抗控制”，實際上根本不是針對交流電“阻抗”所進行的“控制”。

且即使要簡化掉“特性”也應說成Controlled Impedance，或阻抗匹配才不致太過外行。

圖1 PCB元件間以訊號（Signal）互傳，板面傳輸線中所遭遇的阻力稱為“特性阻抗”二、需做特性阻抗控制的板類電路板發展40年以來已成為電機、電子、家電、通信（含有線及無線）等硬體必備的重要元件。

若純就終端產品之工作頻率，及必須阻抗匹配的觀點來分類時，所用到的電路板約可粗分為兩大類：1、高速邏輯類：早期資訊工業（Information Technology Industry）在作業速度還不是很快時，電路板只是一種方便零件組裝與導通互連（Interconnection ）的載板或基地而已。

什么是特性阻抗？影响特性阻抗的因素有哪些？
 阻抗为区别直流电(DC)的电阻，把交流电所遇到的阻力称为阻抗(Z0)，包括电阻(R)、感抗(XC)和容抗(XL)。

 1特性阻抗
 又称“特征阻抗”。

在高频范围内，信号传输过程中，信号沿到达的地方，信号线和参考平面间由于电场的建立，会产生一个瞬间电流I，而如果信号的输出电平为V，在信号传输过程中，传输线就会等效成一个电阻，大小为
V/I，把这个等效的电阻称为传输线的特性阻抗Z0。

特性阻抗受介电常数、介质厚度、线宽等因素影响。

 是指在某一频率下，传输信号线中(也就是我们制作的线路板的铜线)，相对某一参考层(也就是常说的屏蔽层、影射层或参考层)，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，它实际上是电阻抗、电感抗、电容抗等一个矢量总和。

 2控制PCB特性阻抗的意义。

PCB 的阻抗控制一：特性阻抗原理：什么样的线路才被定义为传输线了？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 。

阻抗控制机器人力控制方法
阻抗控制是一种基于柔性模型的力控制方法，它可以使机器人在与人类交互过程中具有类似于人类肌肉和关节的柔性特性。

阻抗控制机器人通过模拟柔性模型，自适应调整自身的力和位置，以实现与人类的协同作业。

阻抗控制机器人力控制方法的基本原理是将机器人视为一个弹簧-阻尼系统，其运动方程可以表示为：F=K(xd-x)-Dv，其中F是机器人的受力，K是弹簧系数，D是阻尼系数，xd是期望位置，x是实际位置，v是速度。

在控制过程中，机器人会自适应调整弹簧系数和阻尼系数，以便快速地响应外部力的变化。

阻抗控制还可以通过改变机器人的刚度和阻尼来实现力限制和力保持等功能。

阻抗控制机器人力控制方法在工业自动化、医疗机器人等领域有着广泛的应用。

它可以实现高精度、高效率的力控制，并且可以有效地与人类进行协同作业。

- 1 -。

什么是特性阻抗,什么叫特性阻抗特征阻抗（也有人称特性阻抗），它是在甚高频、超高频范围内的概念，它不是直流电阻。

属于长线传输中的概念。

在信号的传输过程中，在信号沿到达的地方，信号线和参考平面（电源平面或地平面）之间由于电场的建立，就会产生一个瞬间的电流，如果传输线是各向同性的，那么只要信号在传输，就会始终存在一个电流I，而如果信号的输出电平为V，则在信号传输过程中（注意是传输过程中），传输线就会等效成一个电阻，大小为V/I，我们把这个等效的电阻称为传输线的特征阻抗（characteristic Impedance)Z。

要格外注意的是，这个特征阻抗是对交流（AC）信号而言的，对直流（DC）信号，传输线的电阻并不是Z，而是远小于这个值。

信号在传输的过程中，如果传输路径上的特征阻抗发生变化，信号就会在阻抗不连续的结点产生反射。

传输线的基本特性是特性阻抗和信号的传输延迟，在这里，我们主要讨论特性阻抗。

传输线是一个分布参数系统，它的每一段都具有分布电容、电感和电阻。

传输线的分布参数通常用单位长度的电感L和单位长度的电容C以及单位长度上的电阻、电导来表示，它们主要由传输线的几何结构和绝缘介质的特性所决定的。

分布的电容、电感和电阻是传输线本身固有的参数，给定某一种传输线，这些参数的值也就确定了，这些参数反映着传输线的内在因素，它们的存在决定着传输线的一系列重要特性。

一个传输线的微分线段可以用等效电路描述如下：传输线的等效电路是由无数个微分线段的等效电路串联而成，如下图所示：从传输线的等效电路可知，每一小段线的阻抗都是相等的。

传输线的特性阻抗就是微分线段的特性阻抗。

传输线可等效为：Z0 就是传输线的特性阻抗。

Z0描述了传输线的特性阻抗，但这是在无损耗条件下描述的，电阻上热损耗和介质损耗都被忽略了的，也就是直流电压变化和漏电引起的电压波形畸变都未考虑在内。

实际应用中，必须具体分析。

传输线分类当今的快速切换速度或高速时钟速率的PCB 迹线必须被视为传输线。

什么是电缆的阻抗，什么时候用到它？首先要知道的是某个导体在射频频率下的工作特性和低频下大相径庭。

当导体的长度接近承载信号的1/10波长的时候，good o1风格的电路分析法则就不能在使用了。

这时该轮到电缆阻抗和传输线理论粉墨登场了。

传输线理论中的一个重要的原则是源阻抗必须和负载阻抗相同，以使功率转移达到最大化，并使目的设备端的信号反射最小化。

在现实中这通常意味源阻抗和电缆阻抗相同，而且在电缆终端的接收设备的阻抗也相同。

电缆阻抗是如何定义的？电缆的特性阻抗是电缆中传送波的电场强度和磁场强度之比。

（伏特/米）/（安培/米）=欧姆欧姆定律表明，如果在一对端子上施加电压（E），此电路中测量到电流（I），则可以用下列等式确定阻抗的大小，这个公式总是成立：Z = E / I无论是直流或者是交流的情况下，这个关系都保持成立。

特性阻抗一般写作Z0（Z零）。

如果电缆承载的是射频信号，并非正弦波，Z0还是等于电缆上的电压和导线中的电流比。

所以特性阻抗由下面的公式定义：Z0 = E / I电压和电流是有电缆中的感抗和容抗共同决定的。

所以特性阻抗公式可以被写成后面这个形式：其中R=该导体材质（在直流情况下）一个单位长度的电阻率，欧姆G=单位长度的旁路电导系数（绝缘层的导电系数），欧姆j=只是个符号，指明本项有一个+90'的相位角（虚数）π=3.1416L=单位长度电缆的电感量c=单位长度电缆的电容量注：线圈的感抗等于XL=2πfL，电容的容抗等于XC=1/2πfL。

从公式看出，特性阻抗正比于电缆的感抗和容抗的平方根。

对于电缆一般所使用的绝缘材料来说，和2πfc相比，G微不足道可以忽略。

在低频情况，和R相比2πfL微不足道可以忽略，所以在低频时，可以使用下面的等式：注：原文这里是Zo = sqrt ( R / (j * 2 * pi * f * L))应该是有个笔误。

阻抗不应该是反比于感抗.实际上低频时应该是电阻和容抗占主导地位。

.1特性阻抗特性阻抗也称波阻抗，是电缆的二次参数，它描述了电磁波沿均匀线路传播而没有反射时所遇到的阻抗，即线路终端匹配时，线路内任一点的电压波（U）和电流波（I）的比值。

特性阻抗可以用一个复数表示，当电缆线芯的材料、直径、绝缘形式确定后，特性阻抗只随频率的变化而变化。

特性阻抗Zc为回路上任意点电压波和电流波之比并有R、L、G、C分别为对绞回路的电阻、电感、电导、电容，虚部相位角Φ从零开始到频率f ＝800Hz时接近-45°，然后逐渐接近零。

可以看出传播常数和特性阻抗Zc均与电缆的一次参数R、L、G、C有关，TIA/EIA---568---A规定5类缆的特性阻抗为对于局部网布线系统来说，传输媒介具有稳定的阻抗值是很重要的，否则连接器硬件就会和电缆失配。

从而引起信号反射导致传输效率下降，甚至网络无法工作。

对于高频对称电缆，由于频率增加时，集肤效应增加，使内电感减小，而外电感与频率无关，所以随频率的增加，总电感近似于外电感，式中，为等效介电常数；a为绝缘线心外径；d为导体直径由式子可以看出特性阻抗和导体类型和直径，绝缘的类型和厚度有关，在某种程度上也与线对的绞合性能有关（因等效介电常数εr和绞合有关）。

由于一般的标准中都规定了导体的直径d=24（AWG），而且从实际情况中看来，此d值也是最理想值。

这样从上式看来影响特性阻抗的只有外径（外径可以看成和导线间距α相等）、组合绝缘介质的等效相对介电常数（εr）。

而且，Zc正比于α和λ，反比于εr。

所以只要控制好了α、λ、εr的值，也就能控制好。

在实际中常用输入阻抗Zin来表述电缆的特性阻抗。

其定义式中：Z0为终端开路时的阻抗测量值；Zs为终端短路时的阻抗测量值。

3.2 回波损耗回波损耗是数字电缆产品的一项重要指标，回波损耗合并了两种反射的影响，包括对标称阻抗（如：100Ω）的偏差以及结构影响，用于表征链路或信道的性能。

它是由于电缆长度上特性阻抗的不均匀性引起的，归根到底是由于电缆结构的不均匀性所引起的。

PCB设计中的特性阻抗特性阻抗(Characteristic Impedance)是指在传输线上的单位长度内，信号通过该传输线所呈现的阻抗特性。

在PCB设计中，特性阻抗是一个非常重要的参数，它直接影响信号的传输质量和系统的性能。

在本文中，我们将详细介绍特性阻抗的相关内容。

首先，我们来介绍一下特性阻抗的定义。

特性阻抗是指在传输线上电压和电流之间的比例关系，以欧姆(Ω)为单位表示。

在理想的传输线上，特性阻抗应是一个恒定值，不随频率和长度的变化而改变。

然而，在实际情况下，特性阻抗并非完全恒定，它会受到PCB板材的介电常数、导线结构等因素的影响而发生变化。

特性阻抗的计算可以通过以下公式进行：Z0 = sqrt(L/C)其中，L表示单位长度的电感，C表示单位长度的电容。

这个公式告诉我们，特性阻抗与电感和电容成反比关系，即特性阻抗越大，电感和电容越小。

特性阻抗的影响因素非常多，下面我们来一一介绍：1.PCB板材的介电常数：PCB板材的介电常数决定了传输线的速度，进而影响特性阻抗。

一般情况下，介电常数越大，特性阻抗越小。

2.传输线的宽度：传输线的宽度对特性阻抗有直接的影响。

传输线宽度越大，特性阻抗也越大。

3.传输线的距离：传输线的距离指的是导线之间的间距。

间距越小，特性阻抗也越小。

4.导线的高度：导线的高度是指导线之间的距离。

高度越大，特性阻抗越大。

5.使用的PCB板材：不同的PCB板材具有不同的介电常数和导电性能，会影响特性阻抗。

特性阻抗在PCB设计中非常重要，它可以影响信号的传输速度、纹波和功耗。

如果特性阻抗不匹配，会导致信号的反射和干扰，降低信号质量。

为了保证传输线的信号完整性，设计师需要正确计算特性阻抗，并采取相应的措施来控制特性阻抗的误差。

以下是一些常用的控制特性阻抗误差的方法：1.PCB板材的选择：选择具有稳定介电常数的高质量PCB板材，以减小特性阻抗的变化。

2.传输线的宽度控制：准确计算和控制传输线的宽度，以保证特性阻抗的准确性。

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。