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[導(dǎo)讀]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性號的完整性而提出,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(dāng)成是普通的傳輸線來...

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性號的完整性而提出,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(dāng)成是普通的傳輸線來看待,必需要考慮其特性阻抗,若關(guān)鍵傳輸線的阻抗沒有達到匹配,可能會導(dǎo)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,就必需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(rèn)統(tǒng)一認(rèn)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(dāng)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)計,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(dǎo)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(xué)會如何用PCB阻抗計算軟件來計算當(dāng)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(zhǔn)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(rèn)識,阿昆大概總結(jié)下:
0、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。1、阻抗主要是針對高速信號作的要求。2、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(rèn)。3、阻抗值受PCB非常多的因素影響。4、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。5、板廠通過設(shè)備如阻抗測試儀測試最終阻抗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,.但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!華秋DFM下載地址(需在電腦端打開):https://dfm.elecfans.com/uploads/software/promoter/hqdfm_sdmddpj.zip你也可以通過軟件web版登錄快速體驗:https://dfm.elecfans.com/viewer/?from=sdmddpj



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