新手入門:道理如何計算PCB阻抗呢?

PCB在電子產品中不僅起電流導通的作用,同時也起信號傳送的作用;


電子產品的高頻、高速化,要求PCB提供的電路性能必須保證信號在傳輸過程中不發生反射,保持信號完整、不失真;特性阻抗是解決信號完整性問題的核心所在;


電子設備(如電腦、通信交換機等)操作時,驅動元件(Driver)所發出的信號,需通過PCB信號線到達接收元件(Receiver)。為保證信號完整性,要求PCB的信號線的特性阻抗(Z0)必須與頭尾元件的「電子阻抗」匹配;當傳輸線≥1/3上升時間長度時,信號會發生反射,須考慮特性阻抗。

沒有阻抗控制的話,將引發相當大的信號反射和信號失真,導致設計失敗。常見的信號,如PCI總線PCI-E總線、USB、以太網、DDR內存、LVDS信號等,均需要進行阻抗控制。阻抗控制最終需要通過PCB設計實現,對PCB板工藝也提出更高要求,經過與PCB廠的溝通,並結合EDA軟件的使用,按照信號完整性要求去控制走線的阻抗。


阻抗類型有哪些?


(1)特性阻抗


在計算機﹑無線通訊等電子信息產品中, PCB的線路中的傳輸的能量, 是一種由電壓與時間所構成的方形波信號(square wave signal, 稱為脈衝pulse),它所遭遇的阻力則稱為特性阻抗。


(2)差動阻抗


驅動端輸入極性相反的兩個同樣信號波形,分別由兩根差動線傳送,在接收端這兩個差動信號相減。差動阻抗就是兩線之間的阻抗Zdiff。


(3)奇模阻抗


兩線中一線對地的阻抗Zoo,兩線阻抗值是一致。


(4)偶模阻抗


驅動端輸入極性相同的兩個同樣信號波形, 將兩線連在一起時的阻抗Zcom。


(5)共模阻抗


兩線中一線對地的阻抗Zoe,兩線阻抗值是一致,通常比奇模阻抗大。


如何計算PCB阻抗?公式是什麼?


特性阻抗公式


微帶線(microstrip)


  Z={87/[sqrt(Er+1.41)]}ln[5.98H/(0.8W+T)] 其中,W為線寬,T為走線的銅皮厚度,H為走線到參考平面的距離,Er是PCB板材質的介電常數(dielectric constant)。此公式必須在0.1<(W/H)<2.0及1<(Er)<15的情況才能應用。


帶狀線(stripline)


Z=[60/sqrt(Er)]ln{4H/[0.67π(0.8W+T)]} 其中,H為兩參考平面的距離,並且走線位於兩參考平面的中間。此公式必須在W/H<0.35及T/H<0.25的情況才能應用


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