logo
高速PCB设计中，可控制阻抗板和线路特性阻抗的问题困扰了很多中国工程师。在本文中，我们用简单和直观的方法介绍了特性阻抗的基本性质，计算和测量方法。
在高速PCB设计中，可控制阻抗板和线路的特性阻抗是最重要和最一般的问题之一。首先，理解传输路径的定义。传输线由具有两个恒定长度的导体组成，一个导体用于传输信号，另一个用于接收信号（代替ldquo；电路rdquo；ldquo；地rdquo；的概念）。在一个多层板中，各线路是传输线路的构成部分，相邻的基准平面可以用作第二线路或电路。一条线路成了ldquo。性能良好rdquo；传输线的关键在于在整个线路上保持特性阻抗恒定。
线路基板成为ldquo。可控制阻抗板rdquo；重要的是，所有线路的特性阻抗满足预定值，通常在25欧姆和70欧姆之间。在多层线路板中，传输线性能量良好的密钥是在整个线路上保持其特性阻抗恒定。
但是，到底什么是特性阻抗呢。了解特性阻抗最简单的方法是看信号在传输过程中遇到了什么。当沿着具有相同横截面的传输线移动时，这与图1所示的微波传输相同。当对该传输线施加1伏的电压阶跃波时，例如将1伏的电池连接到传输线的前端（位于传输线和电路之间），当连接时，该电压波信号沿着线以光速传播，其速度通常为6英寸/纳秒。当然，该信号确实是发送线路和电路之间的电压差，能够从发送线路的任意点和电路的邻接点测量。
Zen的方法是先ldquo；信号rdquo；然后沿着传输路径以6英寸/纳秒的速度传播。最初的0.01纳秒前进0.06英寸，此时传输线有多余的正电荷，电路有多余的负电荷，这两个电荷差维持这两个导体之间的1伏电压差，这两个导体还构成一个电容器。
在接下来的0.01纳秒，必须将0.06英寸传输线的电压从0调整到1伏特。这必须在传输线路上加上正电荷，在接收线路上加上负电荷。每次移动0.06英寸时，必须将更多的正电荷加到传输线路上，并将更多的负电荷加到电路中。需要每隔0.01纳秒对传输线的另一段充电，信号开始沿着该段传播。电荷来自传输线前端的电池，如果沿着该线移动，则在传输线的连续部分充电，因此在传输线和电路之间形成1伏的电压差。每前进0.01纳秒，就从电池得到几个电荷（plusmn。Q）、一定的时间间隔（plusmn；t）内从电池流出的一定电力量（plusmn；Q）是恒定电流。流入电路的负电流与实际流出的正电流相等，在信号波的前端，交流电流通过由上下线构成的电容，结束整个循环。
线阻抗
在电池的情况下，信号沿着传输路径传播，并且每0.01纳秒充电0.06英寸连续传输段。当从电源获得恒定电流时，传输线看起来像阻抗，其阻抗值是恒定的，这可以称为传输线的ldquo。浪涌rdquo；阻抗surge impedance。
类似地，当信号沿着线路传播时，下一步之前的0.01纳秒内，哪一个电流可以将该步的电压提高到1伏？这涉及瞬时阻抗的概念。
从电池的角度来看，如果信号以稳定的速度沿着传输路径传播，并且传输路径具有相同的横截面，则每0.01纳秒需要相同的电荷量来产生相同的信号电压。当沿着该线前进时，产生相同的瞬时阻抗，这被认为是传输线的特性，并且被称为特性阻抗。如果传输过程的每个步骤中的信号的特性阻抗相同，则传输线可以被认为是可控制阻抗传输线。
瞬时阻抗或特性阻抗对于信号传输质量非常重要。在传输过程中，如果下一步骤的阻抗与上一步骤的阻抗相等，则操作是平滑的，但是当阻抗改变时，会发生一些问题。
为了实现最佳信号质量，内部连接的设计目标是在信号传输期间尽量保持阻抗稳定，首先必须保持传输线特性阻抗的稳定，因此可控制阻抗板的生产变得越来越重要。此外，其它方法（例如，剩余长度的最短化、末端消除、整线等）也用于维持信号传输中的瞬时阻抗的稳定。
德性阻抗的测量
当电池和传输线连接时（阻抗为50欧姆时），将欧姆表连接到3英尺的RG58光缆上，如何测量无限阻抗？每个传输线的阻抗都与时间有关。在比光缆反射短的时间内测量光缆的阻抗时，测量ldquo。浪涌rdquo；阻抗或特性阻抗。然而，发现当等待足够的时间直到能量反射返回并接收时，阻抗通过测量而变化。一般来说，阻抗值达到上下排斥后稳定的界限值。
对于3英尺长度的光缆，阻抗的测量必须在3纳秒内完成。TDR（时域反射器）可以执行该操作，并且可以测量传输线的动态阻抗。当在1秒内测量3英尺光缆的阻抗时，信号会反射数百万次，从而获得不同的ldquo。浪涌rdquo；阻抗。
德性阻抗的形式
简单的特性阻抗模型：Z=V/I，Z表示信号传输过程的每一步的阻抗，V表示信号进入传输线时的电压，I表示电流。I=plusmn;Q/plusmn;t，Q表示功率量，t表示每一步的时间。
电量（来自电池）：plusmn；Q=plusmn;Ctimes;V，C表示容量，V表示电压。容量可以通过传输路径单位长度容量CL和信号传输速度v导出。将单位销的长度值设为速度，乘以每个步骤的所需时间t时，式：plusmn；C=CLtimes;vtimes;（plusmn;）t。
综上所述，可以得到特性阻抗。
Z=V/I=V/（plusmn;Q/plusmn;t）=V/（plusmn;Ctimes;V/plusmn;t）=V/（CLtimes;vtimes;（plusmn;）ttimes;V/plusmn;t）=1/（CLtimes;v）
发现特征阻抗与传输线单位长度容量和信号传输速度有关。为了区分特性阻抗和实际阻抗Z，在Z之后加0。传输线特性阻抗是Z0=1/（CLtimes；v）
如果传输路径的单位长度容量和信号传输速度保持恒定传输线特性阻抗，则也保持恒定。这个简单的解释可以将容量常识和新发现的特性阻抗理论相结合。增加传输路径单位的长度容量，例如，当传输路径变大时，可以减少传输线特性阻抗。
