特征阻抗的计算与控制
目录
摘要 (2)
前言 (4)
第一章特征阻抗的基本概念 (5)
1.1特征阻抗的定义 (5)
1.2特征阻抗定义的解析 (5)
1.3特征阻抗的意义 (5)
第二章特征阻抗的计算与控制 (6)
2.1阻抗控制的定义 (6)
2.2影响PCB迹线阻抗的因素 (6)
2.3PCB传输线的主要形式 (7)
2.4特征阻抗的计算 (8)
2.5常用的几种计算模块 (11)
第三章研究总结 (14)
3.1差分线阻抗的控制 (14)
3.2PCB设计前的准备工作 (14)
3.3关于介电常数E R的问题 (14)
第四章PCB的叠层设计和制作工艺流程（扩展） (16)
4.1PCB的叠层设计 (16)
4.2PCB制作工艺流程 (17)
4.3重要流程的详解 (18)
致谢 (20)
参考文献 (20)
附录 (21)
摘要：本文首先介绍了特征阻抗的基本概念和意义；其次阐述了影响特征阻抗的主要因素；接着介绍了如何进行特征阻抗的计算与控制；最后是对此研究的经验总结。
关键词：特征阻抗、概念、计算、总结
Abstract:：This paper first introduces the basic concepts and the significance of characteristic impedance; secondly describes the effects of main factors of characteristic impedance; then introduced how to characteristic impedance calculation and control; the last is the summary of experiences in this study.
Key words: characteristic impedance, concept, calculation, summary
前言
随着PCB 信号切换速度不断加快，当今的PCB 设计者需要理解和控制PCB 迹线的阻抗。相应于现代数字电路较短的信号传输时间和较高的时钟速率，PCB 迹线不再是简单的连接，而是传输线。
在实际情况中，需要在数字边际速度高于1ns 或模拟频率超过300Mhz时控制迹线阻抗。PCB 迹线的关键参数之一是其特性阻抗（即波沿信号传输线路传送时电压与电流的比值）。印制电路板上导线的特性阻抗是电路板设计的一个重要指标，特别是在高频电路的PCB设计中，必须考虑导线的特性阻抗和器件或信号所要求的特性阻抗是否一致，是否匹配。因为特征阻抗在传输中是否保持一致将影响到信号的完整性从而导致信号的失真，由此可见对信号的特征阻抗控制已变得极为重要。
第一章特征阻抗的基本概念
1.1 特征阻抗的定义
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[1]。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.
1.2 特征阻抗定义的解析
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）。
1.3 特征阻抗的意义
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（电磁干扰）有问题，信号不完整。
第二章特征阻抗的计算与控制
2.1 阻抗控制的定义
阻抗控制(eImpedance Controling)，线路板中的导体中会有各种信号的传递，为提高其传输速率而必须提高其频率，线路本身若因蚀刻、叠层厚度、导线宽度等不同因素的变化，将会造成阻抗值的变化，使其信号失真。故在高速线路板上的导体，其阻抗值应控制在某一范围之内，称为―阻抗控制‖。
2.2 影响PCB迹线阻抗的因素
PCB 迹线的阻抗将由其感应和电容性电感、电阻和电导系数确定。影响PCB走线的阻抗的因素主要有: 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、地线的路径、走线周边的走线等，如图2.1所示。PCB 阻抗的范围是25 至120 欧姆。
图 2.1
H1:介质厚度(PP片或者板材,不包括铜厚)
Er1:PP片的介电常数
W1:阻抗线下线宽
W2:阻抗线上线宽(W2=W1-1MIL)
S1:阻抗线间距
G1:地线下线宽
G2:地线上线宽
D1:阻抗线到地的距离
T1:成品铜厚
C1:基材的绿油厚度
C2:铜皮或走线上的绿油厚度
C3:基材上面的绿油厚度
Cer:绿油的介电常数
在实际情况下，PCB 传输线路通常由一个导线迹线、一个或多个参考层和绝缘材
以采用各种方式来构建[2]。但是，无论使用什么方式，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
?迹线两侧的内核或预填材质的高度
?迹线和板层的配置
?内核和预填材质的绝缘常数
2.3 PCB传输线的主要形式
PCB传输线主要有两种形式：微带线（Microstrip）与带状线（Stripline）。
微带线（Microstrip）：
微带线是一根带状导线，指只有一边存在参考平面的传输线，顶部和侧边都曝置于空气中（也可上敷涂覆层），位于绝缘常数Er 线路板的表面之上，以电源或接地层为参考。如2.2图所示：
图 2.2
注意：在实际的PCB制造中，板厂通常会在PCB板的表面涂覆一层绿油，因此在实际的阻抗计算中，通常对于表面微带线采用图2.3所示的模型进行计算：
图 2.3
带状线是置于两个参考平面之间的带状导线，如图2.4所示，H1和H2代表的电介质的介电常数可以不同。
图2.4
上述两个例子只是微带线和带状线的一个典型示范，具体的微带线和带状线有很多种，如覆膜微带线等，都是跟具体的PCB的叠层结构相关。
2.4 特征阻抗的计算
用于计算特特征阻抗的等式需要复杂的数学计算，因此使用专门的阻抗计算软件
SI9000，我们所需做的就是控制特性阻抗的参数：
绝缘层的介电常数Er、走线宽度W1、W2（梯形）、走线厚度T和绝缘层厚度H。
对于W1、W2的说明：
此处的W=W1，W1=W2.
W—-设计线宽
A—–Etch loss (见表2.1)（通常情况下取1mil就可以了）
走线上下宽度不一致的原因是：PCB板制造过程中是从上到下而腐蚀，因此腐蚀出来的线呈梯形。
走线厚度T与该层的铜厚有对应关系，具体如下：
铜厚
COPPER THICKNESS
Base copper thk For inner layer For outer layer
H OZ 0.6mil 1.8mil
1 OZ 1.2MIL 2.5MIL
2 OZ 2.4MIL 3.6MIL
（一般信号层的成品铜厚：外层1OZ=1.4mil，而内层考虑蚀刻的因素，我们通常认为内层1OZ=1.2mil，而0.5OZ=0.6mil。）
绿油厚度：因绿油厚度对阻抗影响较小，故假定为定值1mil。
我们可以通过控制这几个参数来达到阻抗控制的目的，下面以我们公司常用的底板PCB为例说明阻抗控制的步骤和SI9000的使用：
如下图2.6是四层板的层叠结构：
图 2.6
从制板厂提供的板材数据可以得到如下计算参数：
板材FR-4，板厚 1.6mm+/-10%，铜厚 1 OZ（1.4mil）半固化片(PP) 2116(4.0-5.0mil)，介电常数4.2 阻焊油厚度0.6±0.2mil，介电常数 3.5+/-0.3 我们以USB信号为例进行计算，USB信号线的特性差分阻抗为90+/-10% ohm .
对于计算精度的说明:
1、对于单端阻抗控制，计算值等于客户要求值；
2、对于其他特性阻抗控制：
对于其它所有的阻抗设计(包括差别和特性阻抗)
计算值与名义值差别应小于阻抗范围的10%：
阻抗范围=上限66-下限54=12ohms
阻抗范围的10%=12X10%=1.2ohms
图 2.7
如图2.7所示，计算值必须在黑框范围内58.8-61.2ohm。其余情况类推。
所以USB信号线的计算值须在88.2-91.8ohm之间，而USB信号线是以差分包地的方式走线的，且与中间一层做为参考面，所以选用如图2.8包地差分的模块来进行计算：
图 2.8
H1:介质厚度(PP片或者板材,不包括铜厚)
Er1:PP片的介电常数
W1:阻抗线下线宽
W2:阻抗线上线宽(W2=W1-1MIL)
S1:阻抗线间距
D1:阻抗线到地的距离
G1:地线下线宽
G2:地线上线宽
C1:基材的绿油厚度
C2:铜皮或走线上的绿油厚度
C3:基材上面的绿油厚度
Cer:绿油的介电常数
Zo:信号线的特征阻抗值
利用所知的数据可以计算出如上图USB信号走线的数据：线宽、间距 6/6/6mil差分信号与屏蔽地线距离18mil(符合3W准则)。
同理，双面板与四层板都是用微带线传输方式计算的。对于六层及六层板以上的内层则采用带状线传输方式计算。
2.5 常用的几种计算模块
下面介绍几种常用到的计算模块：
模块一：
模块一用在双面板和四层板中计算传输线的单端阻抗
模块二
模块二用在双面板和四层板中计算传输线的差分阻抗
模块三
模块三用在双面板和四层板中计算单端包地的传输线阻抗
模块四
模块四用在双面板和四层板中计算差分包地的传输线阻抗
模块五
模块五用在六层及六层板以上的内层传输线的单端阻抗，同理其他的多层板内层都是用带状线模块来计算的。
第三章研究总结
3.1 差分线阻抗的控制
当差分走线在中间信号层走线时，差分阻抗的控制比较困难，因为精度不够，就是说改变介质层厚度对差分阻抗的影响不大，只有改变走线的间距才对差分阻抗影响较大。但是当走线在顶层或底层时，差分阻抗就比较好控制，很容易达到设计要求，通过实际计算发现，重要的信号线最好走表层，容易进行阻抗控制，尤其是时钟信号差分对[3]。
3.2 PCB设计前的准备工作
在PCB设计之前，首先必须通过阻抗计算，把PCB的叠层参数确定，如各层的铜厚，介质层的厚度等等，还有差分走线的宽度和间距都需要事先计算得出，这些就是PCB的前端仿真，保证重要的信号线的阻抗控制满足设计要求。
3.3 关于介电常数Er的问题
1、以我们使用最多的FR-4介质的材料板为例：实际多层板是芯板和压合树脂层堆叠而成，其芯板本身也是由半固化片组合而成。常用的三种半固化片技术指标如表3.1 所示。
半固化片组合的介电常数不是简单的算术平均，甚至在构成微带线和带状线时的Er值也有所不同。另一方面，FR-4的Er也随信号频率的变化有一定改变，不过在1GHz 以下一般认为FR-4 材料的Er 值约4.2。通常计算时采用4.2。
当我们计算层叠结构时候通常需要把几张PP叠在一起,例如:2116+106,其厚度为
0.15MM,即6MIL;1080*2+7628,其厚度为0.31MM,即12.2MIL等.但需注意以下几点:1,一般不允许4张或4张以上PP叠放在一起,因为压合时容易产生滑板现象.2,7628的PP 一般不允许放在外层,因为7628表面比较粗糙,会影响板子的外观.3,另外3张1080也不允许放在外层,因为压合时也容易产生滑板现象.
2、在实际的阻抗控制中，一般采用介质为FR-4，其Er约4.2，线条厚度t对阻抗影响较小，实际主要可以调整的是H和W，W(设计线宽)一般情况下是由设计人员决定的，但在设计时应充分考虑线宽对阻抗的配合性和实际加工精度。当然，采用较小的W 值后线条厚度t 的影响就不容忽视了。H(介质层厚度)对阻抗控制的影响最大，实际H 有两类情况：一种是芯板，材料供应商所提供的板材中H的厚度也是由以上三种半固化片组合而成，但其在组合的过程中必然会考虑三种材料的特性，而绝非无条件的任意组合，因此板材的厚度就有了一定的规定，形成了一个相应的清单，同时H 也有了一定的限制。如0.17mm 1/1的芯板为2116 ×1，0.4mm 1/1的芯板为1080×2+7628×1等。另一种
是多层板中压合部分的厚度：其方法基本上与前相同但需注意铜层的损失。如内电层间用半固化片进行填充，因在制作内层的过程中铜箔被蚀刻掉的部分很少，则半固化片中树脂对该区的填充亦很少，则半固化片的厚度损失可忽略。反之，如信号层之间用半固化片进行填充，由于铜箔被蚀刻掉的部分较多，则半固化片的厚度损失会很大且难以估计。因此，有人建议在内层的信号层要求铺铜以减少厚度损失。
3、特征阻抗与传输线的宽度是成反比的,宽度越宽，阻抗越低,反之则阻抗更高。
第四章 PCB的叠层设计和制作工艺流程（扩展）
4.1 PCB的叠层设计
1、在有些板的设计要求中对板层厚度有限制时，此时要达到比较好的阻抗控制，采用
好的叠层设计非常关键。从实际的计算中可以得出以下结论：
a. 每个信号层都要有参考平面相邻, 能保证其阻抗和信号质量;
b. 每个电源层都要有完整的地平面相邻, 使得电源的性能得以较好的保证;
2、PADS LAYOUT中层定义选项卡各个参数的解释说明：
图 4.1
如图4.1所示，coating表示涂覆层，如果没有涂覆层，就在thickness 中填0,dielectric （介电常数）填1（空气）。
substrate表示基板层，即电介质层，一般采用FR-4，厚度是通过阻抗计算软件计算得到，介电常数为4.2（频率小于1GHz时）。
点击Weight(oz)项，可以设定铺铜的铜厚，铜厚决定了走线的厚度。
3、绝缘层的Prepreg/Core的概念：
PP（prepreg）是种介质材料，由玻璃纤维和环氧树脂组成，core其实也是PP类型介质，只不过他的两面都覆有铜箔，而PP没有，制作多层板时，通常将CORE和PP 配合使用，CORE与CORE之间用PP粘合。
4、PCB叠层设计中的注意事项：
（1）、翘曲问题
PCB的叠层设计要保持对称，即各层的介质层厚、铺铜厚度上下对称，拿六层板来说，就是TOP-GND与BOTTOM-POWER的介质厚度和铜厚一致，GND-L2与L3-POWER 的介质厚度和铜厚一致。这样在层压的时候不会出现翘曲。
（2）、信号层应该和邻近的参考平面紧密耦合（即信号层和邻近敷铜层之间的介质厚度要很小）；电源敷铜和地敷铜应该紧密耦合。
（3）、在很高速的情况下，可以加入多余的地层来隔离信号层，但建议不要多家电源层来隔离，这样可能造成不必要的噪声干扰。
4.2 PCB制作工艺流程
1、单面板工艺流程
开料→钻孔→印线路→全板镀金→蚀刻→检验→印阻焊→喷锡→印字符→成形→成品检查→过松香→包装
2、双面板喷锡板工艺流程
开料→钻孔→沉铜加厚→图形转移→电铜电锡→蚀刻退锡→检验→印阻焊→印字符→喷锡→成形→测试→成品检查→包装
3、双面板镀镍金工艺流程
开料→钻孔→沉铜加厚→图形转移→镀镍、金去膜蚀刻→二次钻孔→检验→丝印阻焊→丝印字符→成形→测试→检验
4、多层板喷锡板工艺流程
开料→钻定位孔→内层图形→内层蚀刻→检验→黑化→层压→钻孔→沉铜加厚→图形转移(外层)→镀锡、蚀刻退锡→二次钻孔→检验→印阻焊→印字符→喷锡→成形→测试→成品检查→包装
5、多层板镀镍金工艺流程
开料→钻定位孔→内层图形→内层蚀刻→检验→黑化→层压→钻孔→沉铜加厚→图形转移(外层)→镀金、去膜蚀刻→二次钻孔→检验→丝印阻焊→丝印字符→成形→测试→成品检查→包装
6、多层板沉镍金板工艺流程
开料→钻定位孔→内层图形→内层蚀刻→检验→黑化→层压→钻孔→沉铜加厚→图形转移(外层)→镀锡、蚀刻退锡→二次钻孔→检验→丝印阻焊→化学沉镍金→丝印字符→成形→测试→成品检查→包装
4.3 重要流程的详解
1、开料
目的：根据工程资料MI的要求，在符合要求的大张板材上，裁切成小块生产板件．符合客户要求的小块板料。
流程：大板料→按MI要求切板→锔板→啤圆角、磨边→出板
2、钻孔
目的：根据工程资料（客户资料），在所开符合要求尺寸的板料上，相应的位置钻出所求的孔径。
流程：叠板销钉→上板→钻孔→下板→检查、修理
3、沉铜
目的：沉铜是利用化学方法在绝缘孔壁上沉积上一层薄铜．
流程：粗磨→挂板→沉铜自动线→下板→浸1%稀H2SO4→加厚铜
4、图形转移
目的：图形转移是生产菲林上的图像转移到板上
流程：（蓝油流程）：磨板→印第一面→烘干→印第二面→烘干→爆光→冲影→检查；（干膜流程）：麻板→压膜→静置→对位→曝光→静置→冲影→检查
5、图形电镀
目的：图形电镀是在线路图形裸露的铜皮上或孔壁上电镀一层达到要求厚度的铜层与要求厚度的金镍或锡层．
流程：上板→除油→水洗二次→微蚀→水洗→酸洗→镀铜→水洗→浸酸→镀锡→水洗→下板。
6、退膜
目的：用NaOH溶液退去抗电镀覆盖膜层使非线路铜层裸露出来．
流程：水膜：插架→浸碱→冲洗→擦洗→过机；干膜：放板→过机
7、蚀刻
目的：蚀刻是利用化学反应法将非线路部位的铜层腐蚀去．
8、绿油
目的：绿油是将绿油菲林的图形转移到板上，起到保护线路和阻止焊接零件时线路上锡的作用。
流程：磨板→印感光绿油→锔板→曝光→冲影；磨板→印第一面→烘板→印第二面→烘板。
9、字符
目的：字符是提供的一种便于辩认的标记
流程：绿油终锔后→冷却静置→调网→印字符→后锔
10、镀金手指
目的：在插头手指上镀上一层要求厚度的镍、金层，使之更具有硬度的耐磨性
流程：上板→除油→水洗两次→微蚀→水洗两次→酸洗→镀铜→水洗→镀镍→水洗→镀金。
目的：喷锡是在未覆盖阻焊油的裸露铜面上喷上一层铅锡，以保护铜面不蚀氧化，以保证具有良好的焊接性能。
流程：微蚀→风干→预热→松香涂覆→焊锡涂覆→热风平整→风冷→洗涤风干
12、成型
目的：通过模具冲压或数控锣机锣出客户所需要的形状成型的方法有机锣，啤板，手锣，手切。
说明：数据锣机板与啤板的精确度较高，手锣其次，手切板最低具只能做一些简单的外形。
13、测试
目的：通过电子100％测试，检测目视不易发现到的开路，短路等影响功能性之缺陷．流程：上模→放板→测试→合格→FQC目检→不合格→修理→返测试→OK→REJ→报废。
14、终检
目的：通过100％目检板件外观缺陷，并对轻微缺陷进行修理，避免有问题及缺陷板件流出。
具体工作流程：来料→查看资料→目检→合格→FQA抽查→合格→包装→不合格→处理→检查OK。
致谢
参考文献
[1]云峻岭著，PowerPCB轻松入门与提高:人民邮电出版社，2009，6：259-271
[2]张凯著，POWERLOGIC&POWERPCB高速电路设计：国防工业出版社，2004，9：210-235
[3]曾峰著，POWERPCB 高速电子电路设计与应用：电子工业出版社，2004，1：195-230
PCB阻抗值因素与计算方法
PCB阻抗设计及计算简介
特性阻抗的定义 ?何谓特性阻抗（Characteristic Impedance ，Z0） ?电子设备传输信号线中，其高频信号在传输线中传播时所遇到的阻力称之为特性阻抗;包括阻抗、容抗、感抗等，已不再只是简单直流电的“欧姆电阻”。 ?阻抗在显示电子电路，元件和元件材料的特色上是最重要的参数.阻抗(Z)一般定义为：一装置或电路在提供某特定频率的交流电(AC)时所遭遇的总阻力. ?简单的说，在具有电阻、电感和电容的电路里，对交流电所起的阻碍作用叫做阻抗。
设计阻抗的目的 ?随着信号传送速度迅猛的提高和高频电路的广泛应用，对印刷电路板也提出了更高的要求。印刷电路板提供的电路性能必须能够使信号在传输过程中不发生反射现象，信号保持完整，降低传输损耗，起到匹配阻抗的作用，这样才能得到完整、可靠、精确、无干扰、噪音的传输信号。?阻抗匹配在高频设计中是很重要的，阻抗匹配与否关系到信号的质量优劣。而阻抗匹配的目的主要在于传输线上所有高频的微波信号皆能到达负载点，不会有信号反射回源点。
?因此，在有高频信号传输的PCB板中，特性阻抗的控制是尤为重要的。 ?当选定板材类型和完成高频线路或高速数字线路的PCB 设计之后，则特性阻抗值已确定，但是真正要做到预计的特性阻抗或实际控制在预计的特性阻抗值的围，只有通过PCB生产加工过程的管理与控制才能达到。
?从PCB制造的角度来讲，影响阻抗和关键因素主要有： –线宽（w） –线距（s）、 –线厚（t）、 –介质厚度（h） –介质常数（Dk） εr相对电容率(原俗称Dk介质常数)，白容生对此有研究和专门诠释。 注：其实阻焊也对阻抗有影响，只是由于阻焊层贴在介质上，导致介电常数增大，将此归于介电常数的影响，阻抗值会相 应减少4%
电线电缆基础知识培训
电线电缆基础知识培训
电线电缆基础知识培训 电线电缆基础知识培训 —、总论 电线电缆产品的种类有成千上万，应用在各行各业中。它们总的用途有两种，一种是传输电流，一种是传输信号。传输电流类的电缆最主要控制的技术性能指标是导体电阻、耐压性能；传输信号类的电缆主要控制的技术性能指标是传输性能一一特性阻抗、衰减及串音等。当然传输信号主要也靠电流（电磁波）作载体，现在随着科技发展可以用光波作载体来传输。 电缆总体来说可以分为六大类：（1）裸线类（2）电磁线（漆包线）（3）电力电缆（4）电气装备用电线电缆（5）通信电线电缆（6）光缆 我公司现在在做及销售的主要是电气装备用电线电缆及电力电缆这两大类。以下我主要给大家介绍一下这两大类产品相关的基础知识。 二、电缆基本结构 一般电缆最基本的结构有导体、绝缘层及外护层，根据要求再增加一此结构，如屏蔽层、内护层或铠装层等，为了电缆有圆整性再辅加一些填充材料。导体是传输电流或信号的载体，其他结构都是作防护用。防护的性能根据电缆产品的需要总体上有三种，一种是保护电缆本身各单元不相互或减少影响，如耐压，耐热，防电磁场产生的损耗，通信电缆防信号相互干扰等。另一种防护是保护导体中的电流不对外部产生影响，如防止电流外泄，防电磁波外泄等；最后一种保护外界不对电缆内部产生影响，如抗压、抗拉、耐热、耐候、耐燃、防水、抗电磁波干扰等。 以下对电力电缆的结构单元作一简单的介绍。 1）导体（或称导电线芯）： 其作用是传导电流。有实芯和绞合之分。材料有铜、铝、银、铜包钢、铝包钢等，主要用的是铜与铝。铜的导电性能比铝要好得多。铜导体的电阻率国家 标准要求不小于0.017241 Q .mm2/m （20°C时），铝导体的的电阻率要求 不小于0.028264 Q .mm2/m （20C时）。
PCB阻抗计算方法
阻抗计算说明 Rev0.0 heroedit@https://www.docsj.com/doc/f018643541.html, z给初学者的 一直有很多人问我阻抗怎么计算的. 人家问多了,我想给大家整理个材料,于己于人都是个方便.如果大家还有什么问题或者文档有什么错误,欢迎讨论与指教! 在计算阻抗之前,我想很有必要理解这儿阻抗的意义 z传输线阻抗的由来以及意义 传输线阻抗是从电报方程推导出来(具体可以查询微波理论) 如下图,其为平行双导线的分布参数等效电路: 从此图可以推导出电报方程 取传输线上的电压电流的正弦形式 得 推出通解
定义出特性阻抗 无耗线下r=0, g=0得 注意,此特性阻抗和波阻抗的概念上的差异(具体查看平面波的波阻抗定义) ε μ=EH Z 特性阻抗与波阻抗之间关系可从 此关系式推出. Ok,理解特性阻抗理论上是怎么回事情,看看实际上的意义,当电压电流在传输线传播的时候,如果特性阻抗不一致所求出的电报方程的解不一致,就造成所谓的反射现象等等.在信号完整性领域里,比如反射,串扰,电源平面切割等问题都可以归类为阻抗不连续问题,因此匹配的重要性在此展现出来. z 叠层(stackup)的定义 我们来看如下一种stackup,主板常用的8层板(4层power/ground 以及4层走线层,sggssggs,分别定义为L1, L2…L8)因此要计算的阻抗为 L1,L4,L5,L8 下面熟悉下在叠层里面的一些基本概念,和厂家打交道经常会使用的 Oz 的概念 Oz 本来是重量的单位Oz(盎司 )=28.3 g(克) 在叠层里面是这么定义的,在一平方英尺的面积上铺一盎司的铜的厚度为1Oz, 对
电缆阻抗及特性阻抗一般疑问
电缆阻抗及特性阻抗一般疑问 术语 音频：人耳可以听到的低频信号。范围在20-20kHz。 视频：用来传诵图象的高频信号。图象信号比声音复杂很多，所以它的带宽(范围)也大过音频很多，少说也有0-6MHz。 射频：可以通过电磁波的形式想空中发射，并能够传送很远的距离。射频的范围要宽很多，10k-3THz(1T=1024G)。 电缆的阻抗 本文准备解释清楚传输线和电缆感应的一些细节，只是此课题的摘要介绍。如果您希望很好地使用传输线，比如同轴电缆什么的，就是时候买一本相关课题的书籍。什么是理想的书籍取决于您物理学或机电工程，当然还少不了数学方面的底蕴。 什么是电缆的阻抗，什么时候用到它？ 首先要知道的是某个导体在射频频率下的工作特性和低频下大相径庭。当导体的长度接近承载信号的1/10波长的时候，good o1风格的电路分析法则就不能在使用了。这时该轮到电缆阻抗和传输线理论粉墨登场了。
传输线理论中的一个重要的原则是源阻抗必须和负载阻抗相同，以使功率转移达到最大化，并使目的设备端的信号反射最小化。在现实中这通常意味源阻抗和电缆阻抗相同，而且在电缆终端的接收设备的阻抗也相同。 电缆阻抗是如何定义的？ 电缆的特性阻抗是电缆中传送波的电场强度和磁场强度之比。(伏特/米)/(安培/米)=欧姆 欧姆定律表明，如果在一对端子上施加电压(E)，此电路中测量到电流(I)，则可以用下列等式确定阻抗的大小，这个公式总是成立：Z = E / I 无论是直流或者是交流的情况下，这个关系都保持成立。 特性阻抗一般写作Z0(Z零)。如果电缆承载的是射频信号，并非正弦波，Z0还是等于电缆上的电压和导线中的电流比。所以特性阻抗由下面的公式定义： Z0 = E / I 电压和电流是有电缆中的感抗和容抗共同决定的。所以特性阻抗公式可以被写成后面这个形式：
射频同轴电缆特性阻抗Zc的测试
射频同轴电缆特性阻抗Z C 的测试 胡 树 豪 这里介绍射频同轴电缆特性阻抗Z C 的6种测试方法。它们同样也适合于双绞线，只不过仪器要转换为差分系统而已。 一、λ/4线接负载法 1、测试方法与步骤： ·待测电缆一段，长约半米（无严格要求），两端装上连接器。扫频范围由仪器低频扫到百余兆赫即可。对于其它长度的电缆，扫频范围请自定。 ·仪器工作在测反射（或回损）状态，作完校正后画面应选阻抗圆图。 ·在测试端口接上待测电缆，电缆末端接上精密负载。 ·画面不外三种情况： 轨迹集中为一点，则Z C = Z 0（测试系统特性阻抗，一般为50Ω）。 轨迹呈圆弧或圆圈状，在圆图右边，则Z C > Z 0 。 轨迹呈圆弧或圆圈状，在圆图左边，则Z C < Z 0 。 ·将光标移到最接近实轴的点上，记下此点的电阻值R in （不管电抗值）。 n i C R Z Z 0= 例如：R in = 54Ω，则Z C = 52Ω，若R in = 46Ω，则Z C = 48Ω。 若轨迹不与实轴相交，则扫频范围不够或电缆太短；若交点太多，则扫频范围太宽或电缆太长。 2、优点 轨迹直观连续，不易出错。 连接器的反射可以通过λ/4线抵消。 3、缺点 必须截取短样本。 必须两端装连接器。 电缆质量必须较好，否则不同频率的测试结果起伏较大，不好下结论。 4、物理概念与对公式的理解 λ/4线有阻抗变换作用，其输入阻抗Z in 与负载阻抗Z L 之间满足Z in = Z C 2/Z L 关系。 现在Z L = Z 0，Z in = R in ，代入展开即得上面的Z C 计算公式。 λ/4线的阻抗变换公式是众所周知的，但作为特性阻抗的测试方法却未曾见。在测阻抗曲线试验中发现，与实轴相交的这一点是可用来测特性阻抗的；因为它把矛盾扩大了，反而更容易测准。由于曲线是很规矩的，不易出错。但必须用第一个交点，即除原点以外的最低频率的与实轴最近的一点，用第二点就可能出问题。换句话说，待测电缆的电长度应为λ/4的奇数倍，不能是偶数倍。 二、λ/8线开、短路法 1、测试方法与步骤： ·样本与扫频方案 对于已装好连接器的跳线，长度已定，只能由长度定扫频方案而对于电缆原材料，则可以按要求频率确定下料长度。此时待测电缆一头装连接器即可。
特性阻抗计算公式推导过程
特性阻抗计算公式推导过程 王国海 以下内容供参考。 1．传输线模型 2 符号说明 R L G C 分布式电阻电感电导电容 3 计算过程 (1) u(△z)-u=-R*?z*i-L*△z*?i ?t i(△z)- i=-G*△z*u(△z)?c?△z??u (2) ?t (1)(2) 两边同除以△z，得到电报公式
?u ?z +Ri+L ?i ?t =0 (3) ?i ?z +Gu+C ?u ?t =0 (4) u(z,t)=U(z)e jωt (5) i(z,t)=I(z)e jωt (6) 由（5）（6） 计算得道下列公式 ?u(z,t)?z =dU(z)dz e jωt （7） ?u(z,t)?t =U(z) e jωt jω （8） ?i(z,t)?z =dI(z)dz e jωt （9） ?i(z,t)?t =I(z) e jωt jω （10） 将（7）（8） （9） （10） 代入公式（3） dU(z)dz e jωt +Ri+L I(z) e jωt jω=0，i 用公式（6）代入， dU(z)dz e jωt +R I(z)e jωt +L I(z) e jωt jω=0 化简得到： dU(z)dz =-（R+ jωL)I(z) (11) 同理7）（8） （9） （10）代入（4）可得 dI(z)dz =-（G+ jωC)U(z) (12) 由（11）（12） 得到 dU(z)dI(z)=（R+ jωL)I(z) （G+ jωC)U(z) (13) 交叉相乘， （G + jωC)U(z) dU(z)= （R + jωL)I(z)dI(z) 两边积分， ∫（G + jωC)U(z) dU(z)=∫（R + jωL)I(z)dI(z) 12（G + jωC)U(z)2=12（R + jωL)I(z)2 U(z)2I(z)2=（R+ jωL)(G+ jωC) 两边开根号 Z=U/I=√（R+ jωL)(G+ jωC) 假定R=0，G=0 （无损）得到特性阻抗近似公式 Z=√L C
电线电缆的初步认识(二)
电线电缆基本知识(二)
电线的制造流程伸铜丝绞铜丝隔离外被押出芯线押出 芯线绞合
电气性能 ?导体阻抗:即导体本身的阻抗,由导体的材质和面积和长度 决定(其中有些材料与温度有关).不同AWG数的导体导体阻抗不同,并且AWG数越大阻抗越小. ?耐电压:确定电线电缆在规定的额定电压下和短暂的过电 压下(可能是切换开关、遽增的电压及其它类似的现象所造成)尚能正常运作。 ?绝缘阻抗:电线通过直流电压后，其表面产生漏电流所形 成之阻值. ?特性阻抗Z0(impedance)：电缆在终端匹配的情况下，电 磁波沿电缆传播所遇到阻抗，称为特性阻抗，单位为Ω。 电缆的特性阻抗与其结构尺寸和介电常数(ε)等有关.电缆组件特征阻抗必须与其连接之电子组件讯号线的特征阻抗相匹配, 以减少高频讯号在通过连接器时产生反射而造成NOISE.
?串音:串音噪声(Crosstalk)是指在高频时, 某一条信号线上传递的电子信号在其附近的信号线上因电磁感应而产生之噪声,串音噪声会随着频率的增高及Pin与Pin距离缩小而增大,当串音噪声太大时会造成信号失真, 甚至造成电子电路的误触发及错误?衰减: 电流方向的电压降( 线路上的损耗值) ?延时: 信号从一端输出,到另一端接收到之间的时间差量 确保各讯号之间的同步
物理性能 ?耐燃实验: 测试电线的耐燃烧状况,是否合乎相关 规范. ◆水平燃烧 ◆垂直燃烧 垂直燃烧标准:VW-1燃烧整条线 VW-1S燃烧芯线 VW-1SC 单独燃烧外被 ◆上升燃烧试验 ?耐高温实验:模拟电线在高温状况后,电线的耐压 和绝缘状况.一般标准为:80℃ 96H ?耐低温实验:模拟电线在低温状况后,电线的耐压 和绝缘状况.一般标准为: -25 ℃ 96H
PCB线路板阻抗计算公式
PCB线路板阻抗计算公式 现在关于PCB线路板的阻抗计算方式有很多种，相关的软件也能够直接帮您计算阻抗值，今天通过polar si9000来和大家说明下阻抗是怎么计算的。 在阻抗计算说明之前让我们先了解一下阻抗的由来和意义： 传输线阻抗是从电报方程推导出来(具体可以查询微波理论) 如下图,其为平行双导线的分布参数等效电路: 从此图可以推导出电报方程 取传输线上的电压电流的正弦形式 得
推出通解 定义出特性阻抗 无耗线下r=0, g=0 得 注意,此特性阻抗和波阻抗的概念上的差异(具体查看平面波的波阻抗定义) 特性阻抗与波阻抗之间关系可从此关系式推出. Ok,理解特性阻抗理论上是怎么回事情,看看实际上的意义,当电压电流在传输线传播的时候,如果特性阻抗不一致所求出的电报方程的解不一致,就造成所谓的反射现象等等.在信号完整性领域里,比如反射,串扰,电源平面切割等问题都可以归类为阻抗不连续问题,因此匹配的重要性在此展现出来. 叠层(stackup)的定义
我们来看如下一种stackup,主板常用的8 层板(4 层power/ground 以及4 层走线层,sggssggs,分别定义为L1, L2…L8)因此要计算的阻抗为L1,L4,L5,L8 下面熟悉下在叠层里面的一些基本概念,和厂家打交道经常会使用的 Oz 的概念 Oz 本来是重量的单位Oz(盎司)=28.3 g(克) 在叠层里面是这么定义的,在一平方英尺的面积上铺一盎司的铜的厚度为1Oz,对应的单位如下 介电常数(DK)的概念 电容器极板间有电介质存在时的电容量Cx 与同样形状和尺寸的真空电容量Co之比为介电常数：ε = Cx/Co = ε'-ε" Prepreg/Core 的概念 pp 是种介质材料,由玻璃纤维和环氧树脂组成,core 其实也是pp 类型介质,只不过他两面都覆有铜箔,而pp 没有.
详细了解电缆的特性阻抗
详细了解电缆的特性阻抗 术语 音频：人耳可以听到的低频信号。范围在20-20kHz。 视频：用来传诵图象的高频信号。图象信号比声音复杂很多，所以它的带宽（范围）也大过音频很多，少说也有0-6MHz。 射频：可以通过电磁波的形式想空中发射，并能够传送很远的距离。射频的范围要宽很多，10k-3THz（1T=1024G）。 电缆的阻抗 本文准备解释清楚传输线和电缆感应的一些细节，只是此课题的摘要介绍。如果您希望很好地使用传输线，比如同轴电缆什么的，就是时候买一本相关课题的书籍。什么是理想的书籍取决于您物理学或机电工程，当然还少不了数学方面的底蕴。 什么是电缆的阻抗，什么时候用到它？ 首先要知道的是某个导体在射频频率下的工作特性和低频下大相径庭。当导体的长度接近承载信号的1/10波长的时候，good o1风格的电路分析法则就不能在使用了。这时该轮到电缆阻抗和传输线理论粉墨登场了。 传输线理论中的一个重要的原则是源阻抗必须和负载阻抗相同，以使功率转移达到最大化，并使目的设备端的信号反射最小化。在现实中这通常意味源阻抗和电缆阻抗相同，而且在电缆终端的接收设备的阻抗也相同。 电缆阻抗是如何定义的？ 电缆的特性阻抗是电缆中传送波的电场强度和磁场强度之比。（伏特/米）/（安培/米）=欧姆 欧姆定律表明，如果在一对端子上施加电压（E），此电路中测量到电流（I），则可以用下列等式确定阻抗的大小，这个公式总是成立： Z = E / I 无论是直流或者是交流的情况下，这个关系都保持成立。 特性阻抗一般写作Z0（Z零）。如果电缆承载的是射频信号，并非正弦波，Z0还是等于电缆上的电压和导线中的电流比。所以特性阻抗由下面的公式定义： Z0 = E / I 电压和电流是有电缆中的感抗和容抗共同决定的。所以特性阻抗公式可以被写成后面这个形式：
阻抗计算公式、polarsi9000(教程)
一直有很多人问我阻抗怎么计算的. 人家问多了,我想给大家整理个材料,于己于人都是个方便.如果大家还有什么问题或者文档有什么错误,欢迎讨论与指教! 在计算阻抗之前,我想很有必要理解这儿阻抗的意义。 传输线阻抗的由来以及意义 传输线阻抗是从电报方程推导出来(具体可以查询微波理论) 如下图,其为平行双导线的分布参数等效电路: 从此图可以推导出电报方程 取传输线上的电压电流的正弦形式 得 推出通解
定义出特性阻抗 无耗线下r=0, g=0 得 注意,此特性阻抗和波阻抗的概念上的差异(具体查看平面波的波阻抗定义) 特性阻抗与波阻抗之间关系可从此关系式推出. Ok,理解特性阻抗理论上是怎么回事情,看看实际上的意义,当电压电流在传输线传播的时候,如果特性阻抗不一致所求出的电报方程的解不一致,就造成所谓的反射现象等等.在信号完整性领域里,比如反射,串扰,电源平面切割等问题都可以归类为阻抗不连续问题,因此匹配的重要性在此展现出来. 叠层(stackup)的定义 我们来看如下一种stackup,主板常用的8 层板(4 层power/ground 以及4 层走线 层,sggssggs,分别定义为L1, L2…L8)因此要计算的阻抗为L1,L4,L5,L8
下面熟悉下在叠层里面的一些基本概念,和厂家打交道经常会使用的 Oz 的概念 Oz 本来是重量的单位Oz(盎司 )=28.3 g(克) 在叠层里面是这么定义的,在一平方英尺的面积上铺一盎司的铜的厚度为1Oz,对应的单位如下 介电常数(DK)的概念 电容器极板间有电介质存在时的电容量Cx 与同样形状和尺寸的真空电容量Co之比为介电常数： ε = Cx/Co = ε'-ε" Prepreg/Core 的概念 pp 是种介质材料,由玻璃纤维和环氧树脂组成,core 其实也是pp 类型介质,只不过他两面都覆有铜箔,而pp 没有. 传输线特性阻抗的计算 首先,我们来看下传输线的基本类型,在计算阻抗的时候通常有如下类型: 微带线和带状线,
特征阻抗
一、50ohm特征阻抗 终端电阻的应用场合：时钟，数据，地址线的终端串联，差分数据线终端并联等。 终端电阻示图 B.终端电阻的作用： 1、阻抗匹配，匹配信号源和传输线之间的阻抗，极少反射，避免振荡。 2、减少噪声，降低辐射，防止过冲。在串联应用情况下，串联的终端电阻和信号线的分布电容以及后级电路的输入电容组成RC滤波器，消弱信号边沿的陡峭程度，防止过冲。 C.终端电阻取决于电缆的特性阻抗。 D.如果使用0805封装、1/10W的贴片电阻,但要防止尖峰脉冲的大电流对电阻的影响，加30PF的电容. E.有高频电路经验的人都知道阻抗匹配的重要性。在数字电路中时钟、信号的数据传送速度快时，更需注意配线、电缆上的阻抗匹配。 高频电路、图像电路一般都用同轴电缆进行信号的传送，使用特性阻抗为Zo＝150Ω、75Ω的同轴电缆。 同轴电缆的特性阻抗Zo，由电缆的内部导体和外部屏蔽内径D及绝缘体的导电率er 决定：
另外，处理分布常数电路时，用相当于单位长的电感L和静电容量C的比率也能计算，如忽略损耗电阻，则 图1是用于测定同轴电缆RG58A/U、长度5m的输入阻抗ZIN时的电路构成。这里研究随着终端电阻RT的值，传送线路的阻抗如何变化。 图1 同轴传送线路的终端电阻构成 只有当同轴电缆的特性阻抗Zo和终端阻抗FT的值相等时，即ZIN＝Zo＝RT称为阻抗匹配。 Zo≠RT时随着频率f，ZIN变化。作为一个极端的例子，当RT＝0、RT＝∞时可理解其性质(阻抗以，λ/4为周期起伏波动)。 图2是RT＝50Ω(稍微波动的曲线)、75Ω、dOΩ时的输人阻抗特性。当Zo≠RT时由于随着频率，特性阻抗会变化，所以传送的电缆的频率特上产生弯曲.
电缆阻抗知识
电缆的阻抗（Impedance）：其电缆中的R、L、C造成电气阻力 计算公式如下： z÷ ? =π + R ) f ( L 2C 也可用下列公式计算 对于时变电磁场，物质的介电常数和频率相关，通常称为介电系数。 介电常数又叫介质常数，介电系数或电容率，它是表示绝缘能力特性的一个系数，以字母ε表示，单位为法/米 电缆的阻抗 什么是电缆的阻抗，什么时候用到它？ 首先要知道的是某个导体在射频频率下的工作特性和低频下大相径庭。当导体的长度接近承载信号的1/10波长的时候，good o1风格的电路分析法则就不能在使用了。 这时该轮到电缆阻抗和传输线理论粉墨登场了。 传输线理论中的一个重要的原则是源阻抗必须和负载阻抗相同，以使功率转移达到最大化，并使目的设备端的信号反射最小化。在现实中这通常意味源阻抗和电缆阻抗相同，而且在电缆终端的接收设备的阻抗也相同。 电缆阻抗是如何定义的？ 电缆的特性阻抗是电缆中传送波的电场强度和磁场强度之比。（伏特/米）/（安培/米）=欧姆 欧姆定律表明，如果在一对端子上施加电压（E），此电路中测量到电流（I），则可以用下列等式确定阻抗的大小，这个公式总是成立： Z = E / I
无论是直流或者是交流的情况下，这个关系都保持成立。 特性阻抗一般写作Z0（Z零）。如果电缆承载的是射频信号，并非正弦波，Z0还是等于电缆上的电压和导线中的电流比。所以特性阻抗由下面的公式定义： Z0 = E / I 电压和电流是有电缆中的感抗和容抗共同决定的。所以特性阻抗公式可以被写成后面这个形式： 其中 R=该导体材质（在直流情况下）一个单位长度的电阻率，欧姆 G=单位长度的旁路电导系数（绝缘层的导电系数），欧姆 j=只是个符号，指明本项有一个+90'的相位角（虚数） π=3.1416 L=单位长度电缆的电感量 c=单位长度电缆的电容量 注：线圈的感抗等于XL=2πfL，电容的容抗等于XC=1/2πfL。从公式看出，特性阻抗正比于电缆的感抗和容抗的平方根。 对于电缆一般所使用的绝缘材料来说，和2πfc相比，G微不足道可以忽略。在低频情况，和R相比2πfL微不足道可以忽略，所以在低频时，可以使用下面的等式： 注：原文这里是Zo = sqrt ( R / (j * 2 * pi * f * L)) 应该是有个笔误。阻抗不应该是反比于感抗.实际上低频时应该是电阻和容抗占主导地位。 如果电容不跟随频率变化，则Z0和频率的平方根成反比关系，在接近直流的状态下有一个-45'的相位角，当频率增加相位角逐渐减少到0'。当频率上升时，聚氯乙烯和橡胶材料会稍微降低电容，但聚乙烯，聚丙烯，特氟纶（聚四氟乙烯）的变化不大。 当频率提高到一定程度（f足够大），公式中包含f的两项变的很大，这时候R和G可能可以被忽略。等式成为
电线电缆导体介绍
Ⅰ电线电缆导体介绍 一.导体概述 按电阻率（长为1m，截面积为1mm2的材料电阻值大小）划分，一般情况下我们将材料分为三类： 导体：电阻率在102Ω·mm2/m以下 半导体：电阻率为103~108Ω·mm2/m﹔ 绝缘体：电阻率为108Ω·mm2/m以上。 目前常用的金属导体有金、银、铜等(如下表)，考虑到导体的价格和导电性能，最常用的为铜导体。导电系数以铜为标准(100%)，各导体比较如下表： 名称符号比重(g/cm3) 导电常数% 备注 金Au 19.3 70.80 不氧化、价格昂贵 银Ag 10.5 109 导电性最优、价格昂贵铜Cu 8.89 100 导电性次优、价格普及钢(铁) Fe 7.86 17.80 导电性不良、抗张好铝Al 2.7 61.20 质量轻 由上表可知，铜的导电率较佳，适用性能广，成本较低，还可在其表面镀锡，利于焊接，并有抗氧化作用(指与空气中氧气结合氧化)。 二.导体规格 目前铜线导体的组成种类繁多，如7/0.05mm,7/0.06mm,7/0.08mm, 19/0.08mm等等，那么这些组成怎么区分，怎么确定是什么规格呢？ 导体组成因需要的不同而多种多样，在通讯控制线缆行业，目前通用的标称为AWG，就是American Wire Guage,中文意思是“美国线材规格”，它把导体分为单铜（单条铜导体）和绞铜（多条铜导体绞合成的铜导体），单铜根据直径大小划分规格﹔绞铜根据截面积大小划分规格，如下表所示，表中列出的为目前常用的导体规格：
导体规 格(AWG) 单条导体直径绞铜导体的截面积标准尺寸 Mils (mm) 最小尺寸 Mils (mm) 标准尺寸 Cmils (mm2) 最小尺寸 Cmils (mm2) 32 8.0 0.203 7.92 0.201 64.0 0.0324 62.7 0.0318 31 8.9 0.226 8.81 0.244 79.2 0.0401 77.6 0.0393 30 10.0 0.254 9.9 0.251 100 0.0507 98 0.0497 29 11.3 0.287 11.2 0.284 128 0.0647 125 0.0633 28 12.6 0.320 12.5 0.318 159 0.0804 156 0.0790 27 14.2 0.361 14.1 0.358 202 0.102 198 0.100 26 15.9 0.404 15.7 0.399 253 0.128 248 0.126 25 17.9 0.455 17.7 0.450 320 0.162 314 0.159 24 20.1 0.511 19.9 0.506 404 0.205 396 0.201 23 22.6 0.574 22.4 0.568 511 0.259 501 0.254 22 25.3 0.643 25.0 0.637 640 0.324 627 0.318 21 28.5 0.724 28.2 0.717 812 0.412 796 0.404 20 32.0 0.813 31.7 0.805 1020 0.519 1000 0.509 Ⅱ绝缘体和被覆材料 一、绝缘体 1.目的：为导体绝缘。 2.常用材料包括PVC、SR-PVC、PE、氟塑料、PP、橡胶、ABS等。 二、被覆材料 1.目的：保护绝缘体 2. 常用材料包括PVC、SR-PVC、PE、氟塑料、PP、橡胶、ABS等，应用最广泛的 为PVC。 三、PVC胶粒 (一)PVC用途简介和分类 1.用途：电线电缆、绝缘材料、外被材料、唱片、地砖、塑料管、人造窗帘、 雨衣、鞋子、海滩椅、插头、电子零件等等。 2.分类：按硬度分为三种，即硬质、半硬质、软质﹔它们的优点是电气绝缘
特征阻抗那点事
特征阻抗那点事 关键词：特征阻抗 PCB 电缆 传输线的特征阻抗，又称为特性阻抗，是我们在进行高速电路设计的时候经常会提到的一个概念。但是很多人对这个概念并不理解，有时还会错误的理解为直流阻抗。弄明白这个概念对我们更好的进行高速电路设计很有必要。高速电路的很多设计规则都和特征阻抗有关。 要理解特征阻抗的概念，我们先要弄清楚什么是传输线。简单的说，传输线就是能够传输信号的连接线。电源线，视频线，USB连接线，PCB板上的走线，都可以称为传输线。如果传输线上传输的信号是低频信号，假设是1KHz，那么信号的波长就是300公里(假设信号速度为光速)，即使传输线的长度有1米长，相对于信号来说还是很短的，对信号来说传输线可以看成短路，传输线对信号的影响是很小的。但是对于高速信号来说，假设信号频率提高到300MHz，信号波长就减小到1米，这时候1米的传输线和信号的波长已经完全可以比较，在传输线上就会存在波动效应，在传输线上的不同点上的电压电流就会不同。在这种情况下，我们就不能忽略传输线对信号造成的影响。传输线相对信号来说就是一段长线，我们要用长线传输里的理论来解决问题。 特征阻抗就属于长线传输中的一个概念。信号在传输线中传输的过程中，在信号到达的一个点，传输线和参考平面之间会形成电场，由于电场的存在，会产生一个瞬间的小电流，这个小电流在传输线中的每一点都存在。同时信号也存在一定的电压，这样在信号传输过程中，传输线的每一点就会等效成一个电阻，这个电阻就是我们提到的传输线的特征阻抗。这里一定要区分一个概念，就是特征阻抗是对于交流信号(或者说高频信号)来说的，对于直流信号，传输线有一个直流阻抗，这个值可能会远小于传输线的特征阻抗。一旦传输线的特性确定了(线宽，与参考平面的距离等特性)，那么传输线的特征阻抗就确定了.此处省略一万字的公式推导过程，直接给出PCB走线的特征阻抗计算公式： 其中L是单位长度传输线的固有电感，C是单位长度传输线的固有电容。肯定有人会问，什么是单位长度?是1cm，1mm，还是1mil?其实这里的单位长度是多少并不重要。单位越小精度越高，学过微积分对这个概念应该就更清楚了。通过这个简单的计算公式我们能看出来，要改变传输线的特征阻抗就要改变单位长度传输线的固有电感和电容。这样我们就能更好的理解影响传输线特征阻抗的几个因素： a. 线宽与特征阻抗成反比。增加线宽相当于增大电容，也就减小了特征阻抗，反之亦然 b. 介电常数与特征阻抗成反比。同样提高介电常数相当于增大电容
电缆的特性阻抗
电缆的阻抗 术语 音频：人耳可以听到的低频信号。范围在20-20kHz。 视频：用来传诵图象的高频信号。图象信号比声音复杂很多，所以它的带宽（范围）也大过音频很多，少说也有0-6MHz。 射频：可以通过电磁波的形式想空中发射，并能够传送很远的距离。射频的范围要宽很多，10k-3THz(1T=1024G)。 电缆的阻抗 本文准备解释清楚传输线和电缆感应的一些细节，只是此课题的摘要介绍。如果您希望很好地使用传输线，比如同轴电缆什么的，就是时候买一本相关课题的书籍。什么是理想的书籍取决于您物理学或机电工程，当然还少不了数学方面的底蕴。 什么是电缆的阻抗，什么时候用到它？ 首先要知道的是某个导体在射频频率下的工作特性和低频下大相径庭。当导体的长度接近承载信号的1/10波长的时候，good o1风格的电路分析法则就不能在使用了。这时该轮到电缆阻抗和传输线理论粉墨登场了。 传输线理论中的一个重要的原则是源阻抗必须和负载阻抗相同，以使功率转移达到最大化，并使目的设备端的信号反射最小化。在现实中这通常意味源阻抗和电缆阻抗相同，而且在电缆终端的接收设备的阻抗也相同。 电缆阻抗是如何定义的？ 电缆的特性阻抗是电缆中传送波的电场强度和磁场强度之比。（伏特/米）/（安培/米）=欧姆 欧姆定律表明，如果在一对端子上施加电压（E），此电路中测量到电流（I），则可以用下列等式确定阻抗的大小，这个公式总是成立： Z = E / I 无论是直流或者是交流的情况下，这个关系都保持成立。 特性阻抗一般写作Z0（Z零）。如果电缆承载的是射频信号，并非正弦波，Z0还是等于电缆上的电压和导线中的电流比。所以特性阻抗由下面的公式定义： Z0 = E / I 电压和电流是有电缆中的感抗和容抗共同决定的。所以特性阻抗公式可以被写成后面这个形式： 其中 R=该导体材质（在直流情况下）一个单位长度的电阻率，欧姆 G=单位长度的旁路电导系数（绝缘层的导电系数），欧姆 j=只是个符号，指明本项有一个+90'的相位角（虚数） π=3.1416
电缆阻抗介绍
电缆阻抗介绍 全部读完，先总结几点有用的（不是电子专业的，用词可能不太准确）： 1、阻抗是高频信号通过电缆时，电容和电感的反应。这个用万用表无法测出。 2、阻抗是由线材（包括接头）材料和形状决定的，不随长度变化。 3、阻抗不匹配，会导致信号发生发射，衰减信号甚至产生再反射信号干扰。 电缆的阻抗术语 音频：人耳可以听到的低频信号。范围在20-20kHz。 视频：用来传诵图象的高频信号。图象信号比声音复杂很多，所以它的带宽（范围）也大过音频很多，少说也有0-6MHz。 射频：可以通过电磁波的形式想空中发射，并能够传送很远的距离。射频的范围要宽很多，10k-3THz(1T=1024G)。 本文准备解释清楚传输线和电缆感应的一些细节，只是此课题的摘要介绍。如果您希望很好地使用传输线，比如同轴电缆什么的，就是时候买一本相关课题的书籍。什么是理想的书籍取决于您物理学或机电工程，当然还少不了数学方面的底蕴。 什么是电缆的阻抗，什么时候用到它？ 首先要知道的是某个导体在射频频率下的工作特性和低频下大相径庭。当导体的长度接近承载信号的1/10波长的时候，good o1风格的电路分析法则就不能在使用了。这时该轮到电缆阻抗和传输线理论粉墨登场了。 传输线理论中的一个重要的原则是源阻抗必须和负载阻抗相同，以使功率转移达到最大化，并使目的设备端的信号反射最小化。在现实中这通常意味源阻抗和电缆阻抗相同，而且在电缆终端的接收设备的阻抗也相同。 电缆阻抗是如何定义的？ 电缆的特性阻抗是电缆中传送波的电场强度和磁场强度之比。（伏特/米）/（安培/米）=欧姆 欧姆定律表明，如果在一对端子上施加电压（E），此电路中测量到电流（I），则可以用下列等式确定阻抗的大小，这个公式总是成立： Z = E / I 无论是直流或者是交流的情况下，这个关系都保持成立。 特性阻抗一般写作Z0（Z零）。如果电缆承载的是射频信号，并非正弦波，Z0还是等于电缆上的电压和导线中的电流比。所以特性阻抗由下面的公式定义： Z0 = E / I 电压和电流是有电缆中的感抗和容抗共同决定的。所以特性阻抗公式可以被写成后面这个形式： 其中 R=该导体材质（在直流情况下）一个单位长度的电阻率，欧姆 G=单位长度的旁路电导系数（绝缘层的导电系数），欧姆 j=只是个符号，指明本项有一个+90'的相位角（虚数） π=3.1416 L=单位长度电缆的电感量 c=单位长度电缆的电容量 注：线圈的感抗等于XL=2πfL，电容的容抗等于XC=1/2πfL。从公式看出，特性阻抗正比于电缆的感抗和容抗的平方根。
什么是特征阻抗
高速设计领域一个越来越重要也是越来越为设计工程师所关注议题就是受控阻抗的电路板设计以及电路板上互联线的特征阻抗。然而，对于非电子的设计工程师来说，这也是一个最容易混淆也最不直观的问题。甚至很多的电子设计工程师对此也同样感到困惑。这篇资料将对特征阻抗作一个简要而直观的介绍，希望帮助大家了解传输线最基本的品质。什么是传输线？什么是传输线？两个具有一定长度的导体就构成传输线。其中的一个导体成为信号传播的通道，而另外的一个导体则构成信号的返回通路（在这里我们提到信号的返回通路，实际上就是大家通常理解的地，但是为了叙述的方便，暂且忘掉地这一概念。）。在一个多层的电路板设计中，每一个PCB互联线都构成传输线中的一个导体，该传输线都将临近的参考平面作为传输线的的第二个导体或者叫做信号的返回通路。什么样的PCB互联线是一个好的传输线呢？通常如果在同一个PCB互联线上特征阻抗处处保持一致，这样的传输线就成为高质量的传输线。什么样的电路板叫做受控阻抗的电路板？受控阻抗的电路板是指PCB板上所有传输线的特征阻抗符合统一的目标规范，通常是指所有传输线的特征阻抗的值在25Ω到70Ω之间。从信号的角度来考察考虑特征阻抗最行之有效的办法是考察信号沿着传输线传播时信号本身看到了什么。为简化问题的讨论起见，假定传输线为微波传输带（microstrip）类型，并且信号沿传输线传播时传输线各处的横断面保持一致。给该传输线加入幅度为1V 的阶跃信号。阶跃信号是一个1V的电池，由前端接入，分别连接在信号线和返回通路之间。在接通电池的瞬间，信号电压波形将以光速在电介质中行进，速度通常约为6英寸/ns（信号为什么行进如此快速，而不是接近电子传播的速度大约1cm/s，这是另外一个话题，这里不做进一步介绍）。当然在这里信号仍然具有常规的定义，信号定义为信号线与返回通路上的电压差，总是通过测量传输线上任何一点与之临近的信号返回通路之间的电压差值来获得。信号沿传输线方向以6英寸/ns的速度向前传输。在传输的过程中信号会遇到什么样的情况呢？在最开始的10ps时间间隔内，信号沿传输线方向行进了0.06英寸的距离。假定锁定时间在这一时刻，来考虑传输线发生的情况。在行进的这一段距离上，信号的传输为这一段传输线和相应临近的信号返回通道之间建立起了稳定的幅度为1V的常量信号。这意味着在行进的这一段传输线和对应的返回路径上已经积聚起了额外的正电荷和额外的负电荷来建立这一稳定的电压。也正是这些电荷的差异在这两个导体之间建立并维持了一个稳定的1 V 电压信号，而导体之间稳定的电压信号就为两个导体之间建立了一个电容。传输线上位于这一时刻信号波前后面的传输线段并不清楚会有信号要传播过来，因而仍然维持信号线同返回通路之间的电压为零。在接下来的10ps时间间隔内，信号又会沿传输线行进一定的距离，信号继续传播的结果是又会在另一段长度为0.06英寸的传输线段同对应的信号返回通路之间的建立起1V的信号电压。而为了做到这一点，必须为信号线注入一定量的正电荷，同时为信号的返回通路注入同等数量的负电荷。信号沿传输线每传播0.06英寸的长度，都会有更多的正电荷注入该信号线，也会有更多的负电荷注入信号返回通路。每隔10ps时间间隔，就会有另外一段传输线被充电到1 V，同时信号也会沿传输线方向继续向前传播。这些电荷从何而来？答案是来自信号源，也就是我们用来提供阶跃信号、连接在传输线前端的电池。随着信号在传输线上的传播，信号不断地为传播经过的传输线段充电，确保信号传输过程中所到之处信号线与返回路径之间建立并维持起1 V的电压。每隔10ps时间间隔，信号会在传输线上传播一定的距离，并且从电源系统中汲取一定数量的电荷δQ。电池在一段时间间隔δt内的向外提供一定数量的电荷δQ，就形成了恒定的信号电流。正的电流会从电池流入信号线，而与此同时同样大小的负电流会流经信号的返回路径。流经信号返回通路的负电流同流入信号线的正电流大小完全一致。而且，就在信号波前的位置，AC电流流经由信号线和信号返回通路构成的电容，完成了信号环路。传输线的特征阻抗从电池的角度来看，一旦设计工程师将电池的引线连入传输线的前端，就总有一个常量值的电流从电池中流出，并且保持电压信号的稳定不变。也许有人会问，是什么样的电子元器件具有这样的行为？加入恒
电缆的阻抗原理与计算(摘录)
电缆的阻抗原理与计算(摘录) 术语 音频：人耳可以听到的低频信号。范围在20-20kHz。 视频：用来传诵图象的高频信号。图象信号比声音复杂很多，所以它的带宽（范围）也大过音频很多，少说也有0-6MHz。 射频：可以通过电磁波的形式想空中发射，并能够传送很远的距离。射频的范围要宽很多，10k-3THz(1T=1024G)。 电缆的阻抗 本文准备解释清楚传输线和电缆感应的一些细节，只是此课题的摘要介绍。如果您希望很好地使用传输线，比如同轴电缆什么的，就是时候买一本相关课题的书籍。什么是理想的书籍取决于您物理学或机电工程，当然还少不了数学方面的底蕴。 什么是电缆的阻抗，什么时候用到它？ 首先要知道的是某个导体在射频频率下的工作特性和低频
下大相径庭。当导体的长度接近承载信号的1/10波长的时候，good o1风格的电路分析法则就不能在使用了。这时该轮到电缆阻抗和传输线理论粉墨登场了。 传输线理论中的一个重要的原则是源阻抗必须和负载阻抗相同，以使功率转移达到最大化，并使目的设备端的信号反射最小化。在现实中这通常意味源阻抗和电缆阻抗相同，而且在电缆终端的接收设备的阻抗也相同。 电缆阻抗是如何定义的？ 电缆的特性阻抗是电缆中传送波的电场强度和磁场强度之比。（伏特/米）/（安培/米）=欧姆 欧姆定律表明，如果在一对端子上施加电压（E），此电路中测量到电流（I），则可以用下列等式确定阻抗的大小，这个公式总是成立： Z = E / I 无论是直流或者是交流的情况下，这个关系都保持成立。
特性阻抗一般写作Z0（Z零）。如果电缆承载的是射频信号，并非正弦波，Z0还是等于电缆上的电压和导线中的电流比。所以特性阻抗由下面的公式定义： Z0 = E / I 电压和电流是有电缆中的感抗和容抗共同决定的。所以特性阻抗公式可以被写成后面这个形式： 其中 R=该导体材质（在直流情况下）一个单位长度的电阻率，欧姆 G=单位长度的旁路电导系数（绝缘层的导电系数），欧姆 j=只是个符号，指明本项有一个+90'的相位角（虚数） π=3.1416 L=单位长度电缆的电感量
PCB特性阻抗简介
PCB特性阻抗简介 今就电子学的领域出发解译影响高频特性阻抗品质〝谐振（resonance）〞。所谓的谐振意指可发生于任一物理系统中，只要该系统具有相对形式之贮能零件。当贮存于这些零件中之能量作相互交换时，就不需再自能源取得额外之能量，而将有谐振存在。 我们都知道当驾驶一前轮不平衡之车辆时，在某些特定速率下，不平衡的轮子之振动率等于前端悬吊者之自然谐振频率，则存在在一系统中之弹簧及质量中之能量可彼此互作交换导致一大的振动及方向盘之移动，这些情形司机常见到之。 在此文中，我们将讨论在电路中之谐振特性及一些应用。电路中之谐振，要求电抗量必须能互相抵销。在一串联RLC电路中，此需电抗性电压降抵消：在一并联RLC电路中，则需电抗性电流互相抵消。 一串联电路的阻抗，为电阻值及电抗值之向量和。在一串联RLC电路中，将有一频率，在该频率下可使其电感抗及电容抗相等，此频率称为谐振频率。可使电抗值互相抵销，导致净电抗值为0，在谐振频率(f0),|XL|=|XC|。 其中所言的RLC电路即指电阻、电感、电容组件所组合而成的电子回路，所以了解何为特性阻抗之前，甚至何谓谐振频率应先就其材料特性加以了解。 就电阻而言：电阻器(resistor)在高频电路中应用甚广，但是一般对电阻特性的了解，仍多局限于电阻在直流电路中所呈现的阻尼特性。实际上，电阻在高频电路中，因受信号频率的影响，不仅电阻值会随之改变，更可能会呈现电感或电容的特性。 如图所示电阻器在高频时的等效电路，R为电阻器的电阻值，L为其两端引线的电感，C为存在于电阻器内所有杂散电容的总和。杂散电容形成的原因，随电阻器结构的不同而异。以碳粒合成电阻(carbon composite resistor)为例，由于其结构为以微小碳粒压合而成，故在各碳粒之间都存有电容。此即为等效电路中杂散电容C的来源之一。由此可以推知碳粒合成电阻的高频特性甚差。 另外就TDR测量空板上的传输线而言亦可依上述的方式解译，其中上述所提L的效应来自电阻的两端引线，同理推验可知，TDR所使用探棒的测头如接于导通孔时即产生传输路径，此输入信道愈长则L效应相对愈大，此现象将如同业先前