特征阻抗,又称为特性阻抗,它是在甚高频、超高频范围的概念。
那什么是特征阻抗呢?在信号的传输过程中,在信号沿到达的地方,信号线和参考平面(参考平面指的是电源平面或者是地平面)之间由于电场的建立,就会产生一个瞬间的电流,如果传输线是各向同性的,那么只要信号在传输,就会始终存在一个电流I,而如果信号的输出电平为V,则在信号传输过程中传输线就会等效成一个电阻,大小为V/I,我们把这个等效的电阻称为传输线的特征阻抗(Characteristic Impedance)Z.
那么这个定义如何去理解?首先,必须明白特征阻抗跟线的阻抗的区别,特征阻抗属于传输线的概念,指的是传输线上点的阻抗,而线的阻抗(一般称为电阻)是对与直流而言的;其次传输线又分为微带线和带状线,微带线是指只有一个参考平面的传输线,带状线是指有两个参考平面的传输线;最后特征阻抗是对交流信号而言,对直流信号来说传输线的电阻并不是Z,而是远远小于这个
值(也就是所说的直流电阻)。
特征阻抗的意义在于什么呢?信号在传输的过程中,如果传输线上的特征阻抗发生变化,信号就会在阻抗不连续的结点上产生反
射,后果就是EMI有问题,信号不完整。
特征阻抗的计算比较复杂,一般是采用专门的就算软件。
业界用的比较多的Polar Si系列(一般的PCB公司采用)
1.单端特征阻抗的计算
参数说明如下(单位是mil,特殊参数取标准常数):
H1:是指示顶层的厚度,也就是说第二层到第一层的距离,一般来说这个有PCB公司决定,4mil是用的比较多的。
4点多mil
都是可以的。
Er1:是指板材的介质常数,对于FR-4来说,一般为4.2-4.4。
T1:是指铜薄的厚度,一般用mil来表示。
定义是这样的,一OZ(盎司)的铜铺在一平方英寸所形成的铜薄厚度。
它们的具体
转化如下
OZ 1/4 1/2 1 2 3 4
mil 0.36 0.7 1.4 2.8 4.2 5.6
W1和W2:是指传输线的线宽,而它为什么不一样呢?因为在PCB的制作过程中是从上到下腐蚀的,因此有梯形的感觉,一般来
说取W2=W-0.5,W1=2+0.5(W是原始传输线的宽度)。
CEr:是指绿漆的介电常数,一般来说取3.5-3.8。
C1和C2:是指绿漆的厚度,一般取1左右。
参数都明白意思了,要计算特征阻抗那就是很容易的一件事情了。
2.差分特征阻抗的计算
差分特征阻抗是指差分线的差分阻抗,计算的方法跟单端的基本上一样,只不过多了一线间距离S。
3.常用的传输线特征阻抗
差分阻抗单端阻抗
HDMI 100 ohms+/-10% 50 ohms+/-10%
USB 90 ohms+/-10% 42-78 ohms+/-10%
DDR NC 60 ohms+/-10%
有了上面的基本知识,做高速PCB基本上没什么问题了。