PCB工程師在設計PCB時，對于高速電路板或電路板上的關鍵信號會經(jīng)常涉及到到“做阻抗”、“阻抗匹配“的這些問題。
首先解釋一下什么是阻抗匹配。
阻抗匹配的原理是，當負載阻抗與傳輸線的特征阻抗相等時，傳輸線上的信號不會產(chǎn)生反射，能量都會被負載吸收。這種狀態(tài)被稱為“匹配”，而當負載阻抗與傳輸線的特征阻抗不相等時，傳輸線上的信號會產(chǎn)生反射，部分能量會被反射回源點，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。
射頻工程師必知必會—— 阻抗，特征阻抗與等效阻抗
阻抗，顧名思義就是對電路中電流起到阻礙作用的元器件。我們在射頻電路中，又引入了特征阻抗和等效阻抗兩個概念。
No.1.1 阻抗
談到阻抗的概念，大家的第一影響就是電阻和電抗的組合。沒錯，在低頻領域，或者在我們學習的電路原理的課程中，阻抗就是電阻和電抗的組合。
我們借用百度百科的定義就是：
在具有電阻、電感和電容的電路里，對電路中的電流所起的阻礙作用叫做阻抗。阻抗常用Z表示，是一個復數(shù)，實部稱為電阻，虛部稱為電抗，其中電容在電路中對交流電所起的阻礙作用稱為容抗 ,電感在電路中對交流電所起的阻礙作用稱為感抗，電容和電感在電路中對交流電引起的阻礙作用總稱為電抗。阻抗的單位是歐姆。
阻抗可以是電阻、電容、電感的任意組合對電流起到的阻礙作用。由于電容對直流電的阻抗無窮大，而電感對直流電的阻抗是零，因此，阻抗更多用于描述交流電路中對電流的阻礙作用。高阻抗是指阻抗值大，低阻抗是指阻抗值小。
對于一個具體電路，阻抗不是不變的，而是隨著頻率變化而變化。在電阻、電感和電容串聯(lián)電路中，電路的阻抗一般來說比電阻大。也就是阻抗減小到最小值。在電感和電容并聯(lián)電路中，諧振的時候阻抗增加到最大值，這和串聯(lián)電路相反。
阻抗從字面上看就與電阻不一樣，其中只有一個阻字是相同的，而另一個抗字呢?簡單地說，阻抗就是電阻加電抗，所以才叫阻抗;周延一點地說，阻抗就是電阻、電容抗及電感抗在向量上的和。在直流電的世界中，物體對電流阻礙的作用叫做電阻，世界上所有的物質(zhì)都有電阻，只是電阻值的大小差異而已。電阻小的物質(zhì)稱作良導體，電阻很大的物質(zhì)稱作非導體，而最近在高科技領域中稱的超導體，則是一種電阻值幾近于零的東西。
但是在交流電的領域中則除了電阻會阻礙電流以外，電容及電感也會阻礙電流的流動，這種作用就稱之為電抗，意即抵抗電流的作用。電容及電感的電抗分別稱作電容抗及電感抗，簡稱容抗及感抗。它們的計量單位與電阻一樣是奧姆，而其值的大小則和交流電的頻率有關系，頻率愈高則容抗愈小感抗愈大，頻率愈低則容抗愈大而感抗愈小。此外電容抗和電感抗還有相位角度的問題，具有向量上的關系式，因此才會說：阻抗是電阻與電抗在向量上的和。
阻抗匹配是指負載阻抗與激勵源內(nèi)部阻抗互相適配，得到最大功率輸出的一種工作狀態(tài)。對于不同特性的電路，匹配條件是不一樣的。在純電阻電路中，當負載電阻等于激勵源內(nèi)阻時，則輸出功率為最大，這種工作狀態(tài)稱為匹配，否則稱為失配。
當激勵源內(nèi)阻抗和負載阻抗含有電抗成份時，為使負載得到最大功率，負載阻抗與內(nèi)阻必須滿足共扼關系，即電阻成份相等，電抗成份只數(shù)值相等而符號相反。這種匹配條件稱為共扼匹配。
影響阻抗的因素?
相對于阻抗變化的關系(其中一個參數(shù)變化，假設其余條件不變)，影響阻抗因素如下：
1. 阻抗線寬：阻抗線寬與阻抗成反比，線寬越細，阻抗越大，線寬越粗，阻抗越低。
2. 介質(zhì)厚度：介質(zhì)厚度與阻抗成正比，介質(zhì)越厚，阻抗越大，介質(zhì)越薄，阻抗越低。
3. 阻抗介電常數(shù)：介電常數(shù)與阻抗成反比，介電常數(shù)越高，阻抗越小，介電常數(shù)越低，阻抗越大。
4. 防焊厚度：防焊厚度與阻抗成反比，在一定厚度范圍內(nèi)，防焊厚度越厚，阻抗越低，防焊厚度越薄，阻抗越大。
5. 銅箔厚度：銅箔厚度與阻抗成反比，銅厚越厚，阻抗越低，銅厚越薄，阻抗越大。
6. 差動阻抗：間距與阻抗成正比，間距越大，阻抗越大，其余影響因素則與特性阻抗相同。
7. 共面阻抗：阻抗線距導體的間距與阻抗成正比，間距越大，阻抗越大，其它影響因素則與特性阻抗相同。
阻抗在中低端的線路板中涉及的一般少一些，主要是雙面板、四層板、以及以上的層數(shù)的多層板。多層板的一般居多。阻抗一般分為6種：單端阻抗線、差分阻抗線、單端共面地阻線、差分共面地阻抗線、層間差分阻抗線、共模阻抗。
阻抗計算
在這里分別介紹下計算工具Si9000。
還是以四層板為例：我們首先找到我們選的層壓結構的參數(shù)，主要用到以下幾個參數(shù)：
1. 介質(zhì)厚度：常規(guī)的tg120-130板材，雙面板不同板厚的對應的H1值不一樣，四層板統(tǒng)一為0.12mm)，H1為基材的基礎銅厚。1mm≈39.37mil。
(不同板厚以及層數(shù)對應的H1數(shù)值)
2. 介電常數(shù)：常規(guī)的FR4板材TG120-130的介電常數(shù)是4.2;
3. 銅箔厚度。1oz=1.4mil，2oz=2.8mil，銅厚的數(shù)值對阻抗也是有一定影響;
4. 板子上的油墨厚度，因綠油厚度對阻抗影響較小，C1=0.6mil，C2、C3=0.5mil;
如，客戶需要做單端阻抗的阻抗線寬W1為8mil，W2為7mil，阻抗線到大銅皮(地)間距D1大約為15.4mil(實際此單端共面阻抗的間距不是很重要，對阻抗數(shù)值的影響不大)。根據(jù)客戶的要求，四層板的H1值都一樣，為0.12mm，銅厚1oz則T=1.4mil，
以上可以知道的條件，就可以在SI900找到此對應的單端共面阻抗模型核算阻抗。
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