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PCB多層板設(shè)計(jì)如何控制阻抗

2025-08-27
來(lái)源:EEChina

1. 特性阻抗

傳輸線(xiàn)與特性阻抗的關(guān)系:信號(hào)在傳輸線(xiàn)中傳輸?shù)倪^(guò)程中,信號(hào)到達(dá)的每一個(gè)點(diǎn),傳輸線(xiàn)和平面之間會(huì)形成電場(chǎng),由于電場(chǎng)的的存在,會(huì)產(chǎn)生一個(gè)瞬間的小電流,這個(gè)小電流在傳輸線(xiàn)上的每一點(diǎn)都存在。同時(shí)信號(hào)也存在一定的電壓,這樣在信號(hào)的傳輸過(guò)程中,傳輸線(xiàn)的每一點(diǎn)就會(huì)等效成一個(gè)電阻,這個(gè)電阻就是我們所指的特性阻抗。

在高速應(yīng)用場(chǎng)景,信號(hào)傳輸線(xiàn)已經(jīng)不能看作理想導(dǎo)線(xiàn),不能忽略傳輸線(xiàn)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(xiàn)場(chǎng)景下這些參數(shù)的合成參數(shù)。

2. PCB" target="_blank" class="relatedlink" style="overflow-wrap: break-word; color: rgb(31, 144, 222); border-bottom: 1px dotted blue; text-decoration-line: none !important;">PCB如何計(jì)算特性阻抗

使用現(xiàn)成的工具:如SI9000、嘉立創(chuàng)阻抗計(jì)算神器等。使用阻抗計(jì)算工具,是為了得到我們的設(shè)計(jì)規(guī)則,線(xiàn)寬線(xiàn)距是多少,從而控制阻抗。

以嘉立創(chuàng)阻抗計(jì)算神器為例:

計(jì)算方法:選擇板層數(shù)、選擇板厚、添加所需阻抗計(jì)算(輸入所求阻抗值,選擇阻抗類(lèi)型),得出方案以及所需對(duì)應(yīng)阻抗PCB板設(shè)計(jì)線(xiàn)寬線(xiàn)距值。

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3. 為什么高速PCB設(shè)計(jì)和多層板相隨?

2層板主要算的是共面阻抗,而如果考慮單端阻抗,可以看到,2層板線(xiàn)寬特別寬:

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而4層板有了參考平面后,控制單端阻抗的就可以把線(xiàn)寬降下來(lái):

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4. 不控阻抗會(huì)有什么影響?

在高速信號(hào)傳輸過(guò)程中,如果PCB上的阻抗一直在不斷變化,就會(huì)形成信號(hào)的反射。反射幅度取決于阻抗之間變化的大小差異,阻抗差異越大,造成的信號(hào)反射越大。

1、信號(hào)反射:當(dāng)傳輸線(xiàn)上的阻抗不匹配時(shí),信號(hào)會(huì)在不匹配點(diǎn)發(fā)生反射。這種反射信號(hào)會(huì)與原始信號(hào)疊加,導(dǎo)致信號(hào)失真或產(chǎn)生噪聲。

2、信號(hào)衰減:阻抗不匹配還會(huì)導(dǎo)致信號(hào)在傳輸過(guò)程中衰減,使得信號(hào)強(qiáng)度逐漸降低。這可能使得信號(hào)在到達(dá)接收端時(shí)無(wú)法被正確識(shí)別,從而影響系統(tǒng)的性能。

5. 特性阻抗分為哪些種類(lèi)?5.1. 差分阻抗

差分阻抗分為差模阻抗和共模阻抗,其中差模阻抗用于描述正負(fù)差分信號(hào)之間的阻抗,而共模阻抗則用于描述這兩個(gè)信號(hào)與地之間的阻抗。常見(jiàn)的差分阻抗值有90歐姆、100歐姆等。差分信號(hào)傳輸是一種常用的信號(hào)傳輸方式,它利用一對(duì)幅度相等但極性相反的信號(hào)來(lái)傳輸信息,這種方式可以有效地抑制共模噪聲和干擾,提高信號(hào)的抗干擾能力和傳輸質(zhì)量。

5.2. 單端阻抗

單端阻抗(Single-Ended Impedance)是指在單端信號(hào)傳輸中,信號(hào)線(xiàn)與地(GND)或參考平面之間所呈現(xiàn)的阻抗特性。單端信號(hào)傳輸是一種常用的信號(hào)傳輸方式,它使用一個(gè)信號(hào)線(xiàn)來(lái)傳輸信號(hào),而信號(hào)線(xiàn)與地或參考平面之間則形成回路。常見(jiàn)的單端阻抗值有50歐姆、75歐姆等

雖然單端信號(hào)線(xiàn)都可以按照50Ω阻抗來(lái)匹配(所以的線(xiàn)都可以理解為單端信號(hào),因?yàn)閺囊粋€(gè)點(diǎn)到另一個(gè)點(diǎn)),但其實(shí)只要控制相對(duì)頻率比較高的速率就可以了。一般的串口信號(hào)線(xiàn)、GPIO口的線(xiàn)(頻率不高)可以不用阻抗匹配。

5.3. 共面阻抗

共面阻抗(Coplanar Impedance)是指在同一平面內(nèi)的信號(hào)線(xiàn)與其周?chē)膮⒖嫉兀℅ND)或電源(VCC,視具體電路設(shè)計(jì)而定)之間傳輸信號(hào)時(shí)所表現(xiàn)出的阻抗特性。

共面阻抗用的更少了(一般用在2層板里面,因?yàn)?層板不會(huì)參考底下的平面,因?yàn)榈紫碌钠矫娌皇且粋€(gè)完整的平面,那就只能參考兩邊大面積的地鋪銅了,所以?xún)蓪影迦绻咭粋€(gè)阻抗,就是用共面阻抗了)


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