PCB工程師在設(shè)計(jì)PCB時(shí)，對(duì)于高速電路板或電路板上的關(guān)鍵信號(hào)會(huì)經(jīng)常涉及到到“做阻抗”、“阻抗匹配“的這些問(wèn)題。

首先解釋一下什么是阻抗匹配。

阻抗匹配的原理是，當(dāng)負(fù)載阻抗與傳輸線的特征阻抗相等時(shí)，傳輸線上的信號(hào)不會(huì)產(chǎn)生反射，能量都會(huì)被負(fù)載吸收。這種狀態(tài)被稱為“匹配”，而當(dāng)負(fù)載阻抗與傳輸線的特征阻抗不相等時(shí)，傳輸線上的信號(hào)會(huì)產(chǎn)生反射，部分能量會(huì)被反射回源點(diǎn)，導(dǎo)致信號(hào)反射、反彈，損耗，原本良好的信號(hào)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(huì)—— 阻抗，特征阻抗與等效阻抗

阻抗，顧名思義就是對(duì)電路中電流起到阻礙作用的元器件。我們?cè)谏漕l電路中，又引入了特征阻抗和等效阻抗兩個(gè)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(méi)錯(cuò)，在低頻領(lǐng)域，或者在我們學(xué)習(xí)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(duì)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(gè)復(fù)數(shù)，實(shí)部稱為電阻，虛部稱為電抗，其中電容在電路中對(duì)交流電所起的阻礙作用稱為容抗 ,電感在電路中對(duì)交流電所起的阻礙作用稱為感抗，電容和電感在電路中對(duì)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(duì)電流起到的阻礙作用。由于電容對(duì)直流電的阻抗無(wú)窮大，而電感對(duì)直流電的阻抗是零，因此，阻抗更多用于描述交流電路中對(duì)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(duì)于一個(gè)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(lái)說(shuō)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(shí)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(gè)阻字是相同的，而另一個(gè)抗字呢?簡(jiǎn)單地說(shuō)，阻抗就是電阻加電抗，所以才叫阻抗;周延一點(diǎn)地說(shuō)，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(duì)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(dǎo)體，電阻很大的物質(zhì)稱作非導(dǎo)體，而最近在高科技領(lǐng)域中稱的超導(dǎo)體，則是一種電阻值幾近于零的東西。

但是在交流電的領(lǐng)域中則除了電阻會(huì)阻礙電流以外，電容及電感也會(huì)阻礙電流的流動(dòng)，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(jiǎn)稱容抗及感抗。它們的計(jì)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(guān)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(wèn)題，具有向量上的關(guān)系式，因此才會(huì)說(shuō)：阻抗是電阻與電抗在向量上的和。

阻抗匹配是指負(fù)載阻抗與激勵(lì)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(duì)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(dāng)負(fù)載電阻等于激勵(lì)源內(nèi)阻時(shí)，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(dāng)激勵(lì)源內(nèi)阻抗和負(fù)載阻抗含有電抗成份時(shí)，為使負(fù)載得到最大功率，負(fù)載阻抗與內(nèi)阻必須滿足共扼關(guān)系，即電阻成份相等，電抗成份只數(shù)值相等而符號(hào)相反。這種匹配條件稱為共扼匹配。

影響阻抗的因素?

相對(duì)于阻抗變化的關(guān)系(其中一個(gè)參數(shù)變化，假設(shè)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(xì)，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(dòng)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(dǎo)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：?jiǎn)味俗杩咕€、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(jì)算

在這里分別介紹下計(jì)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(jié)構(gòu)的參數(shù)，主要用到以下幾個(gè)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(duì)應(yīng)的H1值不一樣，四層板統(tǒng)一為0.12mm)，H1為基材的基礎(chǔ)銅厚。1mm≈39.37mil。

(不同板厚以及層數(shù)對(duì)應(yīng)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(duì)阻抗也是有一定影響;

4. 板子上的油墨厚度，因綠油厚度對(duì)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(shí)際此單端共面阻抗的間距不是很重要，對(duì)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(duì)應(yīng)的單端共面阻抗模型核算阻抗。