特性阻抗：又稱“特征阻抗”，它不是直流電阻，屬于長(zhǎng)線傳輸中的概念。在高頻范圍內(nèi)，信號(hào)傳輸過(guò)程中，信號(hào)沿到達(dá)的地方，信號(hào)線和參考平面(電源或地平面)間由于電場(chǎng)的建立，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)瞬間電流，如果傳輸線是各向同性的，那么只要信號(hào)在傳輸，就始終存在一個(gè)電流I，而如果信號(hào)的輸出電平為V，在信號(hào)傳輸過(guò)程中，傳輸線就會(huì)等效成一個(gè)電阻，大小為V/I，把這個(gè)等效的電阻稱為傳輸線的特性阻抗Z。信號(hào)在傳輸?shù)倪^(guò)程中，如果傳輸路徑上的特性阻抗發(fā)生變化，信號(hào)就會(huì)在阻抗不連續(xù)的結(jié)點(diǎn)產(chǎn)生反射。

現(xiàn)象類比：運(yùn)輸線的糟糕路況(類似傳輸線里的特性阻抗)會(huì)影響運(yùn)輸車隊(duì)的速度，路越窄，路的阻礙作用越大(特性阻抗大，通過(guò)的無(wú)線電波能量就小);路越寬、路況越好，通過(guò)的車隊(duì)速度越快(通過(guò)的無(wú)線電波能量越多)。假若一段路況特別好，另一段路況特別差，從路況好的路段進(jìn)入差的路段，車隊(duì)就需要放慢速度。這就說(shuō)明兩段路的路況不匹配(阻抗不匹配)。特性阻抗是射頻傳輸線影響無(wú)線電波電壓、電流的幅值和相位變化的固有特性，等于各處的電壓與電流的比值，用V/I表示。在射頻電路中，電阻、電容、電感都會(huì)阻礙交變電流的流動(dòng)，合稱阻抗。電阻是吸收電磁能量的，理想電容和電感不消耗電磁能量。阻抗合起來(lái)影響無(wú)線電波電壓、電流的幅值和相位。同軸電纜的特性阻抗和導(dǎo)體內(nèi)、外直徑大小及導(dǎo)體間介質(zhì)的介電常數(shù)有關(guān)，而與工作頻率傳輸線所接的射頻器件以及傳輸線長(zhǎng)短無(wú)關(guān)。也就是說(shuō)，射頻傳輸線各處的電壓和電流的比值是一定的，特征阻抗是不變的。無(wú)線通信系統(tǒng)射頻器件有兩種特性阻抗，一種是50Ω用于軍用微波、GSM、WCDMA等系統(tǒng);另一種是75Ω，用于有線電視系統(tǒng)，一般應(yīng)用較少。

2控制PCB特性阻抗的意義

PCB在電子產(chǎn)品中不僅起電流導(dǎo)通的作用,同時(shí)也起信號(hào)傳送的作用;

電子產(chǎn)品的高頻、高速化，要求PCB提供的電路性能必須保證信號(hào)在傳輸過(guò)程中不發(fā)生反射，保持信號(hào)完整、不失真;

特性阻抗是解決信號(hào)完整性問(wèn)題的核心所在;

電子設(shè)備(如電腦、通信交換機(jī)等)操作時(shí)，驅(qū)動(dòng)元件(Driver)所發(fā)出的信號(hào)，需通過(guò)PCB信號(hào)線到達(dá)接收元件(Receiver)。為保證信號(hào)完整性，要求PCB的信號(hào)線的特性阻抗(Z0)必須與頭尾元件的“電子阻抗”匹配;

當(dāng)傳輸線≥1/3上升時(shí)間長(zhǎng)度時(shí)，信號(hào)會(huì)發(fā)生反射，須考慮特性阻抗。

3影響特性阻抗的因素

介質(zhì)介電常數(shù)，與特性阻抗值成反比(Er)，下圖為常規(guī)的板材參數(shù):

線路層與接地層(或外層)間介質(zhì)厚度,與特性阻抗值成正比(H),下圖為常規(guī)的板材參數(shù):

阻抗線線底寬度(下端W1);線面(上端W2)寬度,與特性阻抗成反比。

銅厚,與特性阻抗值成反比(T)

相鄰線路與線路之間的間距,與特性阻抗值成正比(差分阻抗)(S)

基材阻焊厚度,與阻抗值成反比(C)人認(rèn)識(shí)事物總是有一個(gè)過(guò)程，一般都是從具體到抽象。認(rèn)識(shí)特性阻抗也是一樣的，在我們認(rèn)識(shí)特性阻抗之前，先認(rèn)識(shí)跟特性阻抗比較相關(guān)的一個(gè)物理量—電阻。

電阻是一個(gè)實(shí)實(shí)在在的物理元器件，通過(guò)歐姆定律我們可以知道，電壓、電流和電阻三者之間的關(guān)系，U=I*R

我們通過(guò)一個(gè)具體的電路來(lái)分析這三者之間的具體關(guān)系，請(qǐng)看下面的一張最簡(jiǎn)單的電路圖。這個(gè)電路圖只有一個(gè)電源一個(gè)電阻和一些導(dǎo)線組成。特性阻抗就不一樣了，用萬(wàn)用表測(cè)量一根50歐姆特性阻抗時(shí)，將會(huì)發(fā)現(xiàn)是短路的。這就需要我們從概念上區(qū)分電阻(哪怕是剛好是50歐姆的電阻)和特性阻抗是兩碼事。就像溫度上面的度(攝氏度)和角度上的度一樣，不是一個(gè)東西。

電阻這個(gè)物理量大家都懂，這里就不解釋了。我們來(lái)分析一下這個(gè)特性阻抗到底是何方神圣，是在什么條件下才會(huì)用這個(gè)東西的。

其實(shí)特性阻抗是和射頻緊密相隔的一個(gè)物理量，在認(rèn)識(shí)特性阻抗之前先認(rèn)識(shí)一下射頻。我們知道電臺(tái)，手機(jī)通訊信號(hào)，wifi等都是向外部發(fā)射信號(hào)能量的裝置，也就是說(shuō)能量是從天線射出去，能量不再回來(lái)到天線了，可以想像就像機(jī)槍向外面掃射一樣，子彈打出去就不回來(lái)了。

好了，明白射頻這個(gè)東西之后，我們?cè)賮?lái)到具體的傳輸射頻能量的導(dǎo)線上面來(lái)。導(dǎo)線上面?zhèn)鬏數(shù)纳漕l信號(hào)也是一樣的，希望它傳過(guò)去就不要反傳回來(lái)了，要是有能量反傳回來(lái)就說(shuō)明傳輸?shù)男Ч盍恕?

為了更具體的說(shuō)明特性阻抗這個(gè)東西 我這里打一個(gè)比方：

同一個(gè)電路板上面有2根導(dǎo)線(假設(shè)都是很長(zhǎng)的兩根線，你能想像它有多長(zhǎng)就有多長(zhǎng))，因?yàn)橥粋€(gè)板，那么2根導(dǎo)線的銅皮厚度都是一樣的。兩根導(dǎo)線，長(zhǎng)(無(wú)限長(zhǎng))和厚度是一樣的，只能唯一不同的是寬度了，假設(shè)1號(hào)導(dǎo)線寬度是1(單位)，2號(hào)導(dǎo)線是2(單位)。也就是說(shuō)2號(hào)線寬度是1號(hào)線的兩倍。

特性阻抗不是個(gè)基礎(chǔ)概念，而是應(yīng)用于傳輸線的概念。在高速應(yīng)用場(chǎng)景，信號(hào)傳輸線已經(jīng)不能看作理想導(dǎo)線，不能忽略傳輸線上的一些寄生參數(shù)，如寄生電阻、寄生電容、寄生電感。特性阻抗就是一個(gè)綜合傳輸線場(chǎng)景下這些參數(shù)的合成參數(shù)。

單位長(zhǎng)度的傳輸線可以等效為以下模型：

這個(gè)等效模型是如何產(chǎn)生的呢，我們做下詳細(xì)的闡述：

信號(hào)在傳輸線中，類同于水管中的流水，是需要有過(guò)程的，電磁場(chǎng)的建立也是需要一個(gè)過(guò)程的，信號(hào)不是一下子從發(fā)射端傳播到接收端。

信號(hào)線與信號(hào)線、信號(hào)線與參考平面之間充滿了分布電阻、電容與分布電感，或者說(shuō)寄生電阻、寄生電容與寄生電感(實(shí)際應(yīng)用中，傳輸線的電阻部分，即耗散能量的部分往往可以忽略不計(jì)，即上式中的R和G為0，近似為無(wú)損傳輸線。對(duì)于無(wú)損傳輸線，阻抗表達(dá)式如上)。信號(hào)每向前傳播一步都會(huì)遇到特定的電容參數(shù)與電感參數(shù)。信號(hào)在傳輸線一步一步傳播的過(guò)程中會(huì)遇到不同的Z，如果傳輸線做的非常均勻(這也是傳輸線要均勻阻抗控制的原因)，那么阻抗Z就處處相等，我們成這個(gè)處處都相等的阻抗為特性阻抗：

我們所說(shuō)的阻抗控制，實(shí)際上就是控制特征阻抗，需要讓傳輸線整體均勻，阻抗趨于一直，減小反射。

備注：整條傳輸線的寄生L和寄生C的計(jì)算：

如果一條傳輸線長(zhǎng)度為Z，那么它的總電容就是Z*C，單位長(zhǎng)度電容一般為幾pF;如果一條傳輸線長(zhǎng)度為Z，那么它的回路電感就是Z*L，單位長(zhǎng)度電感一般為幾nH。