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1、2008.03PCB特性阻抗的原理与应用恩达电路（深圳）有限公司YanTatCircuit(SHENZHEN)CO.,LTD.----------工程部员工技能培训系列教材MerchantPrintedCircuitBoardManufacturer一.定義1.導線中所傳導者為直流電(D.C.)時,所受到的阻力成為電阻(Resistance),代表符號為R,數值單位為“歐姆”(OHM,Ω),其與電壓電流相關的歐姆定律公式為:2.導線中所傳導者為交流電(A.C.)時,所遭遇的阻力稱為阻抗(Impedance),代表符號為Z,單位還是“歐姆”(OHM,Ω),其與電阻,電感
2、,電容相關的公式為:3.電路板業界中,一般脫口而出的“阻抗控制”,嚴格來講並不正確,專業性的說法應該是“特性阻抗控制”(CharacteristicImpedanceControl)才對。因為電腦類PCB線路中所“流通”的“東西”並不是電流,而是針對方波訊號或脈衝在能量上的傳輸。此種“訊號”傳輸時所受到的“阻力”另稱為“特性阻抗”,代表符號是Zo。計算公式:式中L為電感值,C為電容值.不過Zo的單位還是"歐姆".可見俗稱的"阻抗控制",實際上根本不是針對交流電"阻抗"所進行的"控制"4.阻抗控制(ImpedanceControl):指在一高頻訊號之下,某一線路層(Si
3、gnalLayer)對其相關層(ReferencePlane通常指最接近之接地層),其訊號在傳輸中產生的“阻力”須控制在一額定範圍內,方可保證訊號在傳輸過程中不失真。2圖面詮釋PCB元件間以訊號(signal)互傳,板面傳輸線中所遭遇到的阻力“特性阻抗”3二.PCB線路中傳輸的是什么?電路板發展40年以來已經成為電機、電子、家電、資訊、通訊(有線及無線)硬體必備的重要元件。早期資訊工業在運算速度還不是很快時,電路板只是一種方便零件組裝與導通互連的載板而已,因此板中佈線完全以導電為著眼點,設計與品管只要具備直流電與交流電的觀念即可!近年來板面元件之間的線路,在數字訊號(
4、DigitalSignal)傳遞速度日漸增快之下,板中佈線還應將與電磁波有關的方波傳播觀念納入才對,於是原來簡單的導線,逐漸轉變成高頻類(射頻R.F.)與高速類(邏輯頻率L.F.)用途的複雜的傳輸線了!以终端產品工作頻率,及必須阻抗匹配的觀點來看,須做特性阻抗控制的電路板可粗分為兩類:高頻類(射頻R.F.)與高速類(邏輯頻率L.F.)1.高速邏輯類： （ＰＣ類）此類傳輸線在品質要求上要比傳統導線嚴格很多。不再僅僅要求OPEN/SHORT測試過關,或是缺口與毛頭未超過線寬的“20%”,就能“允收”的事。必須要求所測到的“特性阻抗”值,也應控制在公差之內才能出貨,否則只有
5、報廢根本無法“重工”挽救。因此“特性阻抗控制”已成為“高速邏輯線路板”類的重點品保項目;（主機板，卡板．．．）三.特性阻抗控制的適用範圍42.高頻通信類：所謂高頻或“射頻”級的電子產品,是指與無線電之電磁波有關,以類比正弦波傳播的產品,如雷達、電視、廣播、手機、微波等。此類板因市場需求板量不大,國外對此類高端產品設限較嚴,加上板材特殊,資訊有限,以下將不對此類講解,不過隨著通訊產品的流行充斥,光纖通訊的大行其道,此類概念及技術亦將逐步導入。3.兩類電路板在特性方面的比較:HighSpeedLogic線路(PC類)射頻(R.F.)/微波(Microwave)線路*線路與
6、佈局非常複雜*特性阻抗(Zo)的工差值較大*板材散失因數(Df)之工差較寬*非常要求輕薄短小*需求訊號層與電壓層的多層板*導體線路的尺寸工差較大*介質常數要求很低*線路與佈局很簡單*特性阻抗(Zo)的工差值很小*板材散失因數(Df)之工差嚴格*要求輕薄短小*只要單/雙面板*導體線路的尺寸工差非常嚴謹*介質常數要求很低5四.涉及的幾種電學原理1.直流電流(D.C.)的傳導原理;2.交流電流(A.C.)的傳導原理;3.方波式邏輯訊號的傳輸與傳播觀念;4.正弦波訊號的傳輸與傳播觀念COAXIAL同軸電纜(有線電視傳輸線)MICROSTRIP微條線STRIPLINE條線COP
7、LANAR共面差動線6五.數字訊號與模擬訊號訊號在傳送的過程中會因為本身的衰減與外部的干擾而導致發送端與接收端產生或多或少的差異;數字訊號的發送與接收有一個編碼解碼的過程,訊號在發送前先依照一定的編碼規則對信息進行處理編碼排列,完成後再將其發送出去,在接收端接收到的信息並不是我們要的直接信息,需要依照同樣的編碼規則對信息進行解碼,處理之後才得到我們真正想要的訊息;數字訊號的意義是將訊息邏輯數字化,“0”就是“0”,“1”就是“1”,在傳送中產生的差異只要控制在一定範圍內,則發送端與接收端的信息碼就可以保證一致,從而保證了訊號不失真,因此又稱為邏輯訊號
