阻抗控制

本篇接上一篇，主要介绍硬件设计过程中常用的一些阻抗匹配方式及其特点，实际应用中根据厂家TRM及实际情况合理选择即可。最后介绍一下在PCB设计中常见的一些阻抗不连续的地方。

为了提高PCB中互连信号线传输速率就必须提高其频率，线路本身若因蚀刻，叠层厚度，导线宽度等不同因素，将会造成阻抗值的变化，使其信号失真。故在高速线路板上的互连信号线，其阻抗值应控制在某一范围之内，称为“阻抗控制”（Impedance Controlling）。

影响PCB互联信号线阻抗的因素主要有：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、走线周围的走线等。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板实际使用的稳定性。

电路板层数越多，走线离参考平面就越近，阻抗就会越小。线宽越小阻抗就会越大，传输损耗就会增加。

阻抗匹配的条件：

● 负载阻抗等于信源内阻抗，即它们的模与辐角分别相等，这时在负载阻抗上可以得到无失真的电压传输。

阻抗控制部分包括两部分内容：基本概念及阻抗匹配。本篇主要介绍阻抗控制相关的一些基本概念。

1、阻抗

在具有电阻、电感和电容的电路里，对交流电所起的阻碍作用叫做阻抗。阻抗常用Z表示。阻抗由电阻、感抗和容抗三者组成，但不是三者简单相加。阻抗的单位是欧。在直流电中，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。

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容抗及感抗。它们的计量单位与电阻一样是欧姆，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。此外容抗和感抗还有相位角度的问题，具有向量上的关系式，因此阻抗是电阻与电抗在向量上的和。对于一个具体电路，阻抗不是不变的，而是随着频率变化而变化。在电阻、电感和电容串联电路中，电路的阻抗一般来说比电阻大，也就是阻抗减小到最小值。在电感和电容并联电路中，谐振的时候阻抗增加到最大值，这和串联电路相反。
阻抗即电阻与电抗的总和，用数学形式表示为：

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）2

2、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。

没有阻抗控制的话，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，按照信号完整性要求去控制走线的阻抗。

不同的走线方式都是可以通过计算得到对应的阻抗值。

微带线（microstrip line）

•它由一根带状导线与地平面构成，中间是电介质。如果电介质的介电常数、线的宽度、及其与地平面的距离是可控的，则它的特性阻抗也是可控的，其精确度将在±5％之内。