什麼是特性阻抗

2020-10-04

Author：Ｄag

1.電阻

當交流電流流過導體時，電阻被稱為阻抗，對應於Z，組織為島。

此時的電阻與直流電流的電阻不同。除了電阻的電阻，還存在感抗（XL）和容抗（XC）的電阻問題。

為了區分直流電的電阻，交流電遇到的電阻稱為阻抗（z）。

Z=âR2+（XL-XC）2

2.阻抗（z）

近年來，隨著集成電路集成度的提高和應用，訊號傳輸頻率和速度越來越高。囙此，當訊號傳輸（傳輸）達到一定值時，會受到PCB導線本身的影響，導致傳輸訊號嚴重失真或完全遺失。這表明，流經PCB導線的“東西”不是電流，而是能量中方波訊號或脈衝的傳輸。

3.特性阻抗控制（Z0）

上述“訊號”傳輸的電阻，也稱為“特性阻抗”，代表符號Z0。

囙此，不僅要解决PCB導線上的“通”、“斷”和“短路”問題，還要控制導線的特性阻抗。換言之，用於高速傳輸和高頻訊號傳輸的傳輸線的質量比傳輸線嚴格得多。它不再是“開路/短路”測試合格，或缺口、毛刺不超過線寬的20%。必須要求量測特性阻抗值，並將阻抗控制在公差範圍內，否則只能報廢，不能返工。

pcb阻抗控制

為什麼要控制PCB特性阻抗

1.當電子設備（電腦、通信機）運行時，驅動器發送的訊號將通過PCB傳輸線到達接收器。當訊號在印刷電路板的訊號線上傳輸時，特性阻抗值Z0必須與頭部和尾部組件的“電子阻抗”相匹配，這樣訊號中的“能量”才能完全傳輸。

2.一旦印刷電路板質量差，Z0超過公差，傳輸訊號就會出現反射、色散、衰减或延遲等問題。在嚴重的情况下，會傳輸錯誤的訊號，導致電腦崩潰。

3.嚴格的板材選擇和生產工藝控制，多層板上的Z0可以滿足客戶要求的規格。電子阻抗越高，傳送速率就越快。囙此，必須提高PCB的Z0以滿足匹配元件的要求。 Z0只有合格，才能被視為高速或高頻訊號所要求的合格產品。

PCB特性阻抗Zo與PCB資料及工藝的關係

PCB微帶線結構的特性阻抗Z0公式為：Z0=87/R+1.41ln5.98h/（0.8W+T）

式中：R-介電常數H-介電厚度W-導體寬度T-導體厚度

板的島R越低，就越容易新增PCB電路的Z0值，並與高速元件的輸出阻抗值相匹配。

1.特性阻抗Z0與板的島R成反比

Z0隨介質厚度的新增而增大。囙此，對於Z0嚴格的高頻電路，對覆銅層壓板基板的介質厚度誤差提出了嚴格的要求。一般情况下，介質厚度的變化不應超過10%。

2.電介質厚度對特性阻抗Z0的影響

隨著線路密度的新增，介質厚度的新增會導致電磁干擾的新增。囙此，隨著導體佈線密度的新增，應减小介質的厚度，以消除或减少由電磁干擾引起的雜散訊號或串擾，或降低島R，從而選擇低島R襯底。

根據微帶線結構的特性阻抗Z0，公式為：Z0=87/R+1.41ln5.98h/（0.8W+T）

銅箔（T）的厚度是影響Z0的一個重要因素。導線厚度越大，Z0越小。但變化幅度相對較小。

3.銅箔厚度對特性阻抗Z0的影響

銅箔厚度越薄，可以獲得越高的Z0值，但厚度的變化對Z0的貢獻很小。

在改善或控制Z0的細線製造中，薄銅箔對Z0的貢獻比薄銅箔更準確。

根據公式：

Z0=87/r+1.41 ln5.98H/（0.8W+T）

線寬W越小，Z0就越大；减小導線寬度可以提高特性阻抗。

線寬的變化對Z0的影響遠大於線寬的變化。

4.導體寬度對特性阻抗Z0的影響

Z0隨著線寬W的變窄而迅速新增。囙此，為了控制Z0，必須嚴格控制線寬。現時，大多數高頻線路和高速數位線路的訊號傳輸線寬W為0.10或0.13毫米。傳統上，線寬控制偏差為±20%。對於沒有傳輸線的傳統電子產品，PCB導線（導線長度“訊號波長的1/7”）可以滿足要求，但對於Z0控制的訊號傳輸線，PCB導線寬度的偏差為±20%，不能滿足要求。因為Z0的誤差大於±10%。

PCB特性阻抗控制和PCB工藝控制

1.PCB薄膜生產管理與檢驗

恒溫恒濕室（21±2°C，55±5%），防塵，線寬補償。

2.PCB面板設計

面板的邊緣不應太窄，塗層應均勻，應使用電鍍加假陰極來分散電流；

標準樣品（試樣）設計用於測試Z0。

3.PCB蝕刻

嚴格工藝參數，减少側面腐蝕，進行首次檢測；

减少導線邊緣殘留的銅、銅渣和銅屑；

檢查線寬並將其控制在要求的範圍內（±10%或±0.02mm）。

4.PCBAoi檢查

對於2GHz的高速訊號，即使間隙為0.05mm，也必須報廢；關鍵是控制內層的線寬和缺陷。