1. 特性阻抗
傳輸線與特性阻抗的關系:信號在傳輸線中傳輸的過程中,信號到達的每一個點,傳輸線和平面之間會形成電場,由于電場的的存在,會產生一個瞬間的小電流,這個小電流在傳輸線上的每一點都存在。同時信號也存在一定的電壓,這樣在信號的傳輸過程中,傳輸線的每一點就會等效成一個電阻,這個電阻就是我們所指的特性阻抗。
在高速應用場景,信號傳輸線已經不能看作理想導線,不能忽略傳輸線上的一些寄生參數,如寄生電阻、寄生電容、寄生電感。特性阻抗就是一個綜合傳輸線場景下這些參數的合成參數。
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如何計算特性阻抗
使用現成的工具:如SI9000、嘉立創阻抗計算神器等。使用阻抗計算工具,是為了得到我們的設計規則,線寬線距是多少,從而控制阻抗。
以嘉立創阻抗計算神器為例:
計算方法:選擇板層數、選擇板厚、添加所需阻抗計算(輸入所求阻抗值,選擇阻抗類型),得出方案以及所需對應阻抗PCB板設計線寬線距值。
3. 為什么高速PCB設計和多層板相隨?
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層板線寬特別寬:
而4層板有了參考平面后,控制單端阻抗的就可以把線寬降下來:
4. 不控阻抗會有什么影響?
在高速信號傳輸過程中,如果PCB上的阻抗一直在不斷變化,就會形成信號的反射。反射幅度取決于阻抗之間變化的大小差異,阻抗差異越大,造成的信號反射越大。
1、信號反射:當傳輸線上的阻抗不匹配時,信號會在不匹配點發生反射。這種反射信號會與原始信號疊加,導致信號失真或產生噪聲。
2、信號衰減:阻抗不匹配還會導致信號在傳輸過程中衰減,使得信號強度逐漸降低。這可能使得信號在到達接收端時無法被正確識別,從而影響系統的性能。
5. 特性阻抗分為哪些種類?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差分信號之間的阻抗,而共模阻抗則用于描述這兩個信號與地之間的阻抗。常見的差分阻抗值有90歐姆、100歐姆等。差分信號傳輸是一種常用的信號傳輸方式,它利用一對幅度相等但極性相反的信號來傳輸信息,這種方式可以有效地抑制共模噪聲和干擾,提高信號的抗干擾能力和傳輸質量。
5.2. 單端阻抗
單端阻抗(Single-Ended Impedance)是指在單端信號傳輸中,信號線與地(GND)或參考平面之間所呈現的阻抗特性。單端信號傳輸是一種常用的信號傳輸方式,它使用一個信號線來傳輸信號,而信號線與地或參考平面之間則形成回路。常見的單端阻抗值有50歐姆、75歐姆等
雖然單端信號線都可以按照50Ω阻抗來匹配(所以的線都可以理解為單端信號,因為從一個點到另一個點),但其實只要控制相對頻率比較高的速率就可以了。一般的串口信號線、GPIO口的線(頻率不高)可以不用阻抗匹配。
5.3. 共面阻抗
共面阻抗(Coplanar Impedance)是指在同一平面內的信號線與其周圍的參考地(GND)或電源(VCC,視具體電路設計而定)之間傳輸信號時所表現出的阻抗特性。
共面阻抗用的更少了(一般用在2層板里面,因為2層板不會參考底下的平面,因為底下的平面不是一個完整的平面,那就只能參考兩邊大面積的地鋪銅了,所以兩層板如果要走一個阻抗,就是用共面阻抗了)