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什么是电路板阻抗控制

发布日期:2020-05-19

阻抗控制(Impedance Controling)是指在电路板上的导体中进行各种信号传输,要增加其传输速率必须增加其频率,如果线路本身由于蚀刻,堆叠厚度,导线宽度等不同阻抗,值得改变,并且信号失真。因此,应该将高速电路板上的导体的阻抗值控制在一定范围内,称为“阻抗控制”。

PCB走线的阻抗将由其电感性和电容性电感,电阻和电导率决定。影响PCB走线阻抗的主要因素是铜线的宽度,铜线的厚度,介质的介电常数,介质的厚度,焊盘的厚度,接地路径线和轨迹周围的轨迹。 PCB阻抗范围为25至120欧姆。

在实际情况下,PCB传输线通常由走线,一个或多个参考层以及绝缘材料组成。迹线和平板构成控制阻抗。 PCB通常会采用多层结构,并且控制阻抗也可以通过各种方式构造。但是,无论使用哪种方法,阻抗值都将由其物理结构和绝缘材料的电子特性决定:

信号迹线的宽度和厚度迹线两侧的芯或预填充材料的高度迹线和平板的配置芯和预填充材料的绝缘常数。

PCB传输线有两种主要形式:Microstrip差分微带线和Stripline带状线。

微带线是一种可以使用印刷电路板技术制造的电传输线,用于传输微波频率信号。它由一个导电带组成,该导电带通过称为衬底的介电层与接地层隔开。微波组件,例如天线,耦合器,滤波器,功率分配器等,可以由微带形成,整个设备以金属化的形式存在于基板上。

因此,微带线比传统的波导技术便宜得多,并且更轻,更紧凑。微带线是由ITT实验室开发的,它是带状线的竞争对手。

与波导相比,微带的缺点是通常较低的功率处理能力和较高的损耗。而且,与波导不同,微带没有被封闭,因此容易受到串扰和意外辐射的影响。

为了以最低的成本实现,微带器件可以构建在普通的FR-4(标准PCB)基板上。但是,经常发现在微波频率下FR4中的介电损耗太高,并且介电常数没有得到足够严格的控制。由于这些原因,通常使用氧化铝基板。

在较小的规模上,微带传输线也内置在单片微波集成电路中。

微带线还用于高速数字PCB设计中,在这种设计中,信号需要以最小的失真从组件的一个部分路由到另一部分,并避免高串扰和辐射。

微带线是平面传输线的多种形式之一,其他形式包括带状线和共面波导,并且可以将所有这些集成在同一衬底上。

差分微带线(微带线的平衡信号对)通常用于高速信号,例如DDR2 SDRAM时钟,USB高速数据线,PCI Express数据线,LVDS数据线等,通常都在同一条上PCB板大多数PCB设计工具都支持这种差分对。

带状线是1950年代由空军剑桥研究中心的罗伯特·巴雷特(Robert M. Barrett)发明的一种横向电磁传输线介质。带状线是平面传输线的最早形式。

带状线电路使用一条扁平的金属带,该金属带夹在两个平行的接地层之间。基板的绝缘材料形成电介质。带的宽度,衬底的厚度和衬底的相对介电常数确定作为传输线的带的特性阻抗。如图所示,中心导体不必在接地平面之间均匀分布。在一般情况下,介电材料在中央导体的上方和下方可以不同。

为了防止有害模式的传播,必须将两个接地层短路在一起。这通常是通过在每一侧平行于该条的一排通孔来实现的。

与同轴电缆一样,带状线也是非色散的,并且没有截止频率。与微带相比,相邻迹线之间的良好隔离更容易实现。带状线与微带线相比,具有增强的抗扰性,可抵抗辐射的RF辐射的传播,但其传播速度较慢。带状线的有效介电常数等于电介质衬底的相对介电常数,因为仅在衬底中传播了波。因此,带状线与微带线相比具有更高的有效介电常数,从而降低了波的传播速度。

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