cb板的特性阻抗與特性阻抗控制

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1、PCB板的特性阻抗與特性阻抗控制摘要:本文具體分析了PCB板的特性阻抗和特性阻抗的控制辦法。1、電阻交流電流流過一個(gè)導(dǎo)體時(shí)，所受到的阻力稱為阻抗（Impedance），符合為Z，單位還是Ω。此時(shí)的阻力同直流電流所遇到的阻力有差別，除了電阻的阻力以外，還有感抗（XL）和容抗（XC）的阻力問題。為區(qū)別直流電的電阻，將交流電所遇到之阻力稱為阻抗（Z）。Z=√R2+（XL-XC）22、阻抗（Z）近年來，IC集成度的提高和應(yīng)用，其信號(hào)傳輸頻率和速度越來越高，因而在印制板導(dǎo)線中，信號(hào)傳輸（發(fā)射）高到某一定值后，便會(huì)受到印制板導(dǎo)線本身的影響，從而導(dǎo)

2、致傳輸信號(hào)的嚴(yán)重失真或完全喪失。這表明，PCB導(dǎo)線所“流通”的“東西”并不是電流，而是方波訊號(hào)或脈沖在能量上的傳輸。3、特性阻抗控制（Z0）上述此種“訊號(hào)”傳輸時(shí)所受到的阻力，另稱為“特性阻抗”，代表符號(hào)為Z0。所以，PCB導(dǎo)線上單解決“通”、“斷”和“短路”的問題還不夠，還要控制導(dǎo)線的特性阻抗問題。就是說，高速傳輸、高頻訊號(hào)傳輸?shù)膫鬏斁€，在質(zhì)量上要比傳輸導(dǎo)線嚴(yán)格得多。不再是“開路/短路”測試過關(guān)，或者缺口、毛刺未超過線寬的20%，就能接收。必須要求測定特性阻抗值，這個(gè)阻抗也要控制在公差以內(nèi)，否則，只有報(bào)廢，不得返工。二、訊號(hào)傳播與傳

3、輸線1、信號(hào)傳輸線定義（1）根據(jù)電磁波的原理，波長（λ）越短，頻率（f）越高。兩者的乘積為光速。即C=λ.f＝3×1010cm/s（2）任何元器件，盡管具有很高的信號(hào)傳輸頻率，但經(jīng)過PCB導(dǎo)線傳輸后，原來很高的傳輸頻率將降下來，或時(shí)間延遲了。因此，導(dǎo)線長度越短越好。（3）提高PCB布線密度或縮短導(dǎo)線尺寸是有利的。但是，隨著元件頻率的加快，或脈沖周期的縮短，導(dǎo)線長度接近信號(hào)波長（速度）的某一范圍，此時(shí)元件在PCB導(dǎo)線傳輸時(shí)，便會(huì)出現(xiàn)明顯的“失真”。（4）IPC－2141的3.4.4提出：當(dāng)信號(hào)在導(dǎo)線中傳輸時(shí)，如果導(dǎo)線長度接近信號(hào)波長的1

4、/7時(shí)，此時(shí)的導(dǎo)線被視為信號(hào)傳輸線。深圳金百澤電子科技股份有限公司（www.kbsems.com）成立于1997年，是線路板行業(yè)十強(qiáng)企業(yè)，總部設(shè)在深圳，研發(fā)和生產(chǎn)分布在深圳、惠州和西安等地，為客戶提供產(chǎn)品研發(fā)的PCB設(shè)計(jì)、PCB快速制造、SMT加工、組裝與測試及硬件集成等垂直整合解決方案，是國內(nèi)最具特色的電子制造服務(wù)提供商。電話：0755-26546699-223（5）舉例：某元件信號(hào)傳輸頻率（f）為10MHZ，PCB上導(dǎo)線長度為50cm，是否應(yīng)考慮特性阻抗控制？解：C=λ.f＝3×1010cm/sλ＝C/f＝（3×1010cm/s）

5、/（1×107/s）＝3000cm導(dǎo)線長度/信號(hào)波長＝50/3000＝1/60因?yàn)椋?/60《1/7，所以此導(dǎo)線為普通導(dǎo)線，不必考慮特性阻抗問題。在電磁波理論中，馬克斯威爾公式告訴我們：正弦波信號(hào)在介質(zhì)中的傳播速度VS與光速C成正比，而與傳輸介質(zhì)的介電常數(shù)成反比。VS＝C/√εr當(dāng)εr＝1時(shí)，信號(hào)傳輸達(dá)到了光的傳播速度，即3×1010cm/s。2、傳輸速率與介電常數(shù)不同板材在30MHZ下的信號(hào)傳輸速度介質(zhì)材料Tg（°C）介電常數(shù)信號(hào)傳輸速度（m/?s）真空/1.0300.00聚四氟乙烯/2.2202.26熱固性聚丙醚2102.5189

6、.74氰酸酯樹脂2253.0173.21聚四氟乙烯樹脂＋E玻璃布/2.6186.25氰酸酯樹脂＋玻璃布2253.7155.96聚酰亞胺＋玻璃布2304.5141.42石英/3.9151.98環(huán)氧樹脂玻璃布130±54.7138.38鋁/9.0100.00由上表可見，隨著介電常數(shù)（εr）的增加，信號(hào)在介質(zhì)材料中的傳輸速度減小。要獲得高的信號(hào)傳輸速度，需采用高的特性阻抗值；高的特性阻抗，必須選用低的介電常數(shù)（εr）材料；聚四氟乙烯（teflON）的介電常數(shù)（εr）最小，傳輸速度最快。FR-4板材，是由環(huán)氧樹脂和E級玻璃布聯(lián)合組成，介電常數(shù)

7、（εr）為4.7。信號(hào)傳輸速度為138m/μs。改變樹脂體系，可較易改變介電常數(shù)（εr）。三、特性阻抗值控制緣由1、緣由一電子設(shè)備（電腦、通信機(jī)）操作時(shí)，驅(qū)動(dòng)元件（Driver）所發(fā)出的信號(hào)，將通過PCB傳輸線到達(dá)接收元件（Receiver）。信號(hào)在印制板的信號(hào)線中傳輸時(shí)，其特性阻抗值Z0必須與頭尾元件的“電子阻抗”能夠匹配，信號(hào)中的“能量”才會(huì)得到完整的傳輸。2、緣由二一旦出現(xiàn)印制板質(zhì)量不良，Z0超出公差時(shí)，所傳的信號(hào)會(huì)出現(xiàn)反射（Reflection）、散失（Dissipation）、衰減深圳金百澤電子科技股份有限公司（www.kb

8、sems.com）成立于1997年，是線路板行業(yè)十強(qiáng)企業(yè)，總部設(shè)在深圳，研發(fā)和生產(chǎn)分布在深圳、惠州和西安等地，為客戶提供產(chǎn)品研發(fā)的PCB設(shè)計(jì)、PCB快速制造、SMT加工、組裝與測試及硬件集成等垂直整合解決方案，是國內(nèi)最具