【华秋干货铺】PCB阻抗设计12问，轻松带你搞懂阻抗

 

阻抗，工程师们都接触过，但能把阻抗说清楚的工程师少之又少。阻抗看似简单，实则难以言表。

下面我们用快问快答的方式，轻松帮你搞懂阻抗！

01    

问：什么是阻抗？

 

答：在有电阻、电感和电容的电路里，对交流电所起的阻碍作用叫做阻抗。阻抗常用Z表示。阻抗由电阻、感抗和容抗三者组成，但不是三者简单相加。阻抗的单位是欧姆。

PCB中的阻抗是指电路板上导线、电源、负载和其他元件之间的电阻抗。PCB阻抗控制是设计PCB电路板的重要环节，以确保电路板性能和稳定性。在高速电路设计中，保持适当的阻抗至关重要，因为不适当的阻抗会导致信号受到严重的噪声干扰。

02    

问：什么是单端阻抗？

 

答：单端阻抗是特性阻抗的一种，它是指电路中单个信号线的阻抗。在单端传输中，信号通过单个信号线进行传输。

03    

问：什么是差分阻抗？

 

答：差分信号线结构用于控制阻抗，驱动端输入极性相反的两个信号波形，由两根差分线传送，接收端减法处理，这种方式在高速数模电路中用于提升信号完整性和抗噪声干扰。

04    

问：什么是共面阻抗？

 

答：共面阻抗是信号线在GND/VCC间传输时的测试阻抗，共面波导是高频和微波电路中常见的平面结构导体线路。共面阻抗与波导的几何形状、导体宽度、介质参数等因素有关，通过调整这些因素可以控制电磁波在共面波导中的传播特性。共面阻抗的大小决定了电磁波在共面波导中的传播特性。

05    

问：单端阻抗为什么控制50欧姆？

 

答：50欧姆是业界默认值，具有便于加工、损耗低的优势，但并非必须的。取决于接口，如75欧姆是远程通讯标准，线缆和天线使用75欧姆时需匹配PCB线路阻抗。特殊芯片可通过改善驱动能力降低阻抗，提高EMI和串扰抑制效果。例如，Intel要求阻抗控制在37欧姆、42欧姆甚至更低。

06    

问：差分阻抗为什么控制100欧姆？

 

答：差分阻抗和单端阻抗的设定具有一定的历史沿革和应用背景。这些阻抗值的确定主要是为了满足特定接口和芯片的需求，以确保信号的稳定传输和良好的电气性能。常见的阻抗值为100欧姆，也有90欧姆和85欧姆的，这些阻抗值的设定可以减少信号反射、干扰和失真，提高信号的传输效率。

07    

问：差分线为什么要平行走线？

 

答：差分线通常采用平行走线设计，以提高抗干扰能力和保持阻抗连续性。这种设计保持两条线之间的耦合程度不变，确保阻抗连续性。

然而，差分线的定义并不要求必须平行。在不采用平行走线设计时，需确保间距大于5W，单线阻抗一致，且外界干扰较小。这样可以实现不平行走线，无需耦合两条线。

在测试夹具中，差分线通常为单端走线，阻抗控制为50欧姆。使用飞线或同轴线连接两条线，只要最终汇集到接收端，也可进行差分传输。

08    

问：差分线不做等长可以吗?

 

答：不可以，差分线最重要的物理规则要求是等长。

差分线等长至关重要，因为接收端对两条线信号进行差异运算。信号为梯形波，不等长的线会导致相位误差，可能导致传输错误。理想信号应为波峰对波谷，但不等长线可能导致相位差异达180度，使传输出错。

即使相位差较小，如30度，也会严重影响眼图，使差模分量转变为共模分量，降低共模抗扰能力。因此，差分线等长是关键指标，通常要求误差不超过5mil，最大允许10mil误差。

09    

问：差分对可以不同层走线吗?

 

答：是可以采用上下两层走线的方式，并且理论上这种方式比同层走线更优。首先，BGA出线更容易实现。更重要的是，通过将差分线分布在不同的层上，可以大大减小玻纤效应的影响。

然而，在实际工程中，由于加工工艺的限制，不同层的走线可能会出现随机误差，导致上下两层走线无法准确重叠。这种误差可能会对差分线的性能产生严重影响，因此这种走线方式有一定的缺陷。

10    

问：高速PCB设计那些影响阻抗？

 

答：

1、线宽：阻抗线宽与阻抗成反比,线宽越细,阻抗越高,线宽越粗,阻抗越低。

2、铜箔：铜箔厚度与阻抗成反比,铜厚越厚,阻抗越低,铜厚越薄,阻抗越高。

3、线距：间距与阻抗成正比，间距越大,阻抗越大，间距越小,阻抗越小。

4、共面：阻抗线距导体的间距与阻抗成正比,间距越大,阻抗越大，间距越小,阻抗越小。

11    

问：PCB制版选材那些影响阻抗？

 

答：

1、介质厚度：介质厚度与阻抗成正比,介质越厚则阻抗越高,介质越薄则阻抗越低。

2、介电常数：介电常数与阻抗成反比,介电常数越高,阻抗越低,介电常数越低,阻抗越高。

3、防焊厚度：防焊厚度与阻抗成反比.在一定厚度范围内,防焊厚度越厚,阻抗越低,防焊厚度越薄,阻抗越高。

12    

问：阻抗计算那个工具最方便？

 

答：当然是华秋DFM啦！华秋DFM阻抗工具自动生成叠层图，支持单独计算某条阻抗和全部计算所有阻抗，还支持反算功能，计算好的阻抗数据可以导出保存，同时导出阻抗计算图和叠层图方便用户存档。

 

华秋DFM软件下载地址

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https://dfm.elecfans.com/dl/software/hqdfm.zip?from=DFMGZH

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