PCB工程師在設(shè)計PCB時遇到的阻抗匹配

PCB工程師在設(shè)計PCB時，對于高速電路板或電路板上的關(guān)鍵信號會經(jīng)常涉及到到“做阻抗”、“阻抗匹配“的這些問題。

首先解釋下什么是阻抗匹配：

阻抗要求是為確保電路板上高速信號的完整性而提出，它對高速數(shù)字系統(tǒng)正常穩(wěn)定運行起到了關(guān)鍵性因素，在高速系統(tǒng)中，關(guān)鍵信號線不能當成是普通的傳輸線來看待，必須要考慮其特性阻抗，若關(guān)鍵傳輸線的阻抗沒有達到匹配，可能會導致信號反射、反彈，損耗，原本良好的信號波形變形（上沖、下沖、振鈴現(xiàn)象），其將直接影響電路的性能甚至功能。

每次工程師們畫完P(guān)CB后，如果對于有”做阻抗“需求的PCB時，就必須要在工藝要求文件里附上阻抗需求（包括哪些線路、做多大值的阻抗、控制誤差在多少等信息）

以上是PCB制造的一個工藝要求表，PCB上通常如果有非常多的關(guān)鍵信號要做阻抗，則可以單獨附個文檔，將要進行阻抗控制的線路顯示出來，并說明要做的值和誤差，電路板廠就會對這些”重要信號“線進行調(diào)整控制。

而阻抗值這些信息是怎么來的？通常是芯片規(guī)格手冊上、方案要求上、或者一些業(yè)界都認統(tǒng)一認可以參數(shù)值。

對于非電子專業(yè)的朋友來看PCB板上的走線，其實對于高速信號來說，線路并不是僅僅從A連通到B這么簡單了，還要考慮”阻抗因素“，這個因素會直接關(guān)系到信號是否完整的從A點傳到了B點。

這就和上圖的蛇形走線道理一樣，對于信號傳輸不了解的話，就理解不了為什么這條線不直接拉直，兩點之間，不是線段最短嗎，線路了，損耗也小嗎？非也，在電子線路里，特別是高速信號里，講的是匹配性，信號傳輸是有時間的，線路越長，時間也會長，時序不一樣，就會影響性能問題，當然對于低速，這些都沒有影響。

如果阻抗不匹配，那么信號傳輸過程中會存在非常大的失真、衰減，而最后影響到功能，輕則不穩(wěn)定或者傳輸速度下降，重則直接罷工直接功能實現(xiàn)不了。而不同信號的阻抗值不一樣，差分線要求阻抗一般在100歐或120歐，比如高速USB、HDMI信號。單端阻抗要求在50歐75歐等，這些要求就是PCB工程師自己去確定的事，PCB板廠則根據(jù)你的要求，結(jié)合他們的材料PCB文件線路設(shè)，使用阻抗軟件工具進行調(diào)整，最后使用設(shè)備測試，讓它達到要求值。

這是板廠使用的阻抗計算的軟件。

那么影響”阻抗“的因素是哪些呢？大家記錄一下：

它包括：線寬、線距、疊層、PCB板材介質(zhì)及厚度等這都是影響阻抗的因素。板廠工程師就是通過調(diào)整這些值來滿足要求。實際中主要是通過控制導線寬度、疊層來控制阻抗（因為PCB基材厚度都是個定值，比較好動的就是線寬線距參數(shù)了）。

阻抗線是有分幾種類型的，不同類型，板廠工程在軟件里計算的時候用的對象都是不一樣的，這里大家都要注意下。所以PCB工程師要學會如何用PCB阻抗計算軟件來計算當前設(shè)計的線路是否滿足阻抗值是很有必要的（前提是知道板廠用的板材參數(shù)能更準確）。

一、阻抗線按類型分為單端阻抗、差分阻抗兩種類型，說通俗點是針對的是單條傳輸線和一對差分線。

如下圖，分別是差分阻抗、單端阻抗、共面差分阻抗、共面單端阻抗：

二、阻抗線按傳輸媒質(zhì)分為帶狀線和微帶線。

帶狀線：信號線位于兩層接地面（或電源）之間的介質(zhì)內(nèi)的導線（在內(nèi)層，有兩個參考平面）根據(jù)傳輸線與兩接地平面的距離相同或不同，又分為對稱帶狀線和非對稱帶狀線。

帶狀線的特性阻抗由導線的厚度、寬度、介電常數(shù)，及接地平面的距離有關(guān)。帶狀線兩邊都有電源或者底層，因此阻抗容易控制，同時屏蔽較好。

微帶線：用電介質(zhì)將導線與地（電源）平面隔開的傳輸線（在PCB表層，僅有一個參考平面）分兩種微帶線，一種是埋入的（在內(nèi)層），一種是非埋入的。微帶線特性阻抗由導線的厚度、寬度、基材厚度及介電常數(shù)決定。主要用于雙層和多層板。

下面看幾種不同類型阻抗圖：

一、差分阻抗

參考地平面同單端阻抗一樣，唯一的差別是線寬線距也要調(diào)整有要求

二、特性阻抗（單端阻抗）

針對很多線做阻抗，只有下面有地平面，參照最接近的地層做，如果是內(nèi)層的線則要參考最接近的2層地平面做。

三、共面阻抗（共面差分和共面特性）

3.1共面差分

共面差分周圍有均勻的銅皮圍著，銅皮到阻抗線距離一致，且銅皮上有成排via孔，共面差分阻抗線下面和周邊都有地平面。

3.2共面特性

介紹了這么多，大家對PCB的阻抗是否有點一些認識，阿昆大概總結(jié)下：

1、阻抗的作用是為了保證信號傳輸?shù)耐暾裕_保信號從A點可以完整傳到B點，不會變形失真。

2、阻抗主要是針對高速信號作的要求。

3、不同信號阻抗值不一樣，由PCB設(shè)計工程師結(jié)合方案要求確認。

4、阻抗值受PCB非常多的因素影響。

5、阻抗值是通過專業(yè)的阻抗計算軟件，結(jié)合阻抗類型、線寬、線距、板材、疊層、板厚、介質(zhì)等因素進行綜合計算。

6、板廠通過設(shè)備如阻抗測試儀測試最終阻抗

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阻抗計算工具介紹

板廠通常用的阻抗計算工具軟件是Polar SI9000，在這里給大家推薦一款阻抗介紹更方便的集成工具，其實也和Polar SI9000，但作了漢化，也更好用。這就是PCB的DFM評審工具中自帶的功能。

通過在軟件里選擇合適的阻抗類型及PCB相關(guān)參數(shù)，就可以計算出阻抗值，簡單好用！大家通過如下方式下載使用！

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責任編輯：haq