PCB迹线的阻抗控制技术.pdf

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1、随着通信科技的不断提升，必然对PCB的要求也有了相应的提高，传统意义上PCB已受到严峻的挑战，以往PCB的最高要求open&short从目前来看已变成PCB的最基本要求，取而代之的是一些为保证客户设计意图的体现而在PCB上所体现的性能的要求，如阻抗控制等。在过去几年之中，控制阻抗的PCB迹线已经开始从纯粹的专家应用转变为更加普及的应用,到目前为止有“阻抗”控制的PCB已广泛的应用于：SDH、GSM、CDMA、PC、大功率无绳电话、手机等，同时也为国防科技提供了相当数量的PCB。本文结合我所在PCB设计过程中的阻抗控制经验，围绕PCB迹线的阻抗控制，从下面五个方面分别进行了讨论。一、

2、PCB迹线的阻抗控制简介二、传输线特性阻抗三、实现阻抗控制的传输线配置方式四、传输线阻抗计算中的有关问题五、传输线阻抗控制典型应用总结一PCB迹线的阻抗控制简介PCB上的阻抗控制电信和计算机设备操作的速度和切换速率正在不断增长。尽管在低频情况下，这是一个可以忽略的物理规律，但现在却需要严肃考虑了。现代PCB上处理器时钟速度和组件切换速度的提高意味着组件间的互连路径（例如PCB迹线：PCBtrace）不能再视为简单的导线。实际应用中快速切换速度或高频（即数字边际速度超过1ns或者模拟频率大于300MHz）的PCB迹线必须视为传输线--其电子特性必须由PCB设计厂商来控制的信号线。就是

3、说，为了稳定和可预测的高速运行，PCB迹线和PCB绝缘物的电子特性必须得到控制。PCB迹线的关键参数之一就是其特性阻抗（即波沿信号传输线路传送时电压与电流的比值）。这是一个有关迹线物理尺寸（例如迹线的宽度和厚度）和PCB底板材质的绝缘物厚度的函数。PCB迹线的阻抗由其电感和电容电抗决定。实际情况中，PCB传输线路通常由一个导线迹线、一个或者多个参考层和绝缘材质组成。传输线路，即迹线和板材构成了控制阻抗。PCB通常采用多层结构，并且控制阻抗也可以采用多层方式来构建。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和预填充材质的

4、高度迹线和层的配置内核和预填充材质的绝缘常数阻抗匹配组件自身可以显示特性阻抗，因此必须选择PCB迹线阻抗来匹配使用中的所有逻辑系列的特性阻抗（对于CMOS和TTL，特性阻抗的范围是80到110欧姆）。为了最好地将信号从源传送到负载，迹线阻抗必须匹配发送设备的输出阻抗和接收设备的输入阻抗。如果连接两个设备的的PCB迹线的阻抗不匹配设备的特性阻抗，在负载设备可以进入新的逻辑状态之前将会发生多次反射。结果将可能导致高速数字系统中的切换时间或随机错误增加。为此线路设计工程师和PCB设计厂商必须仔细指定迹线阻抗值及其误差。所以阻抗控制技术在高速PCB设计中显得尤其重要。阻抗控制技术包括两个含

5、义：①阻抗控制的PCB信号线是指沿高速PCB信号线各处阻抗连续，也就是说同一个网络上阻抗是一个常数。②阻抗控制的PCB板是指PCB板上所有网络的阻抗都控制在一定的范围以内如20~75Ω。线路板成为“可控阻抗板”的关键是使所有线路的特性阻抗满足一个规定值，通常在25欧姆和70欧姆之间。在多层线路板中，传输线性能良好的关键是使它的特性阻抗在整条线路中保持恒定。二传输线特性阻抗传输线特性阻抗传输线的基本特性是特性阻抗和信号的传输延迟，在这里，我们主要讨论特性阻抗。传输线是一个分布参数系统，它的每一段都具有分布电容、电感和电阻。传输线的分布参数通常用单位长度的电感L和单位长度的电容C以及单

6、位长度上的电阻、电导来表示，它们主要由传输线的几何结构和绝缘介质的特性所决定的。分布的电容、电感和电阻是传输线本身固有的参数，给定某一种传输线，这些参数的值也就确定了，这些参数反映着传输线的内在因素，它们的存在决定着传输线的一系列重要特性。一个传输线的微分线段l可以用等效电路描述如下：lRlLlRlLlRlLlClG或lGlC或lClG传输线的等效电路是由无数个微分线段的等效电路串联而成，如下图所示：lRlLlRlLlRlLiinVinlClGlClGlG无限延长lClll从传输线的等效电路可知，每一小段线的阻抗都是相等的。传输线的特性阻抗就是微分线段的特性阻抗。lRlLZSlCl

7、GZP串联阻抗为：Z=l()R+jωlS并联阻抗为：11ZP==l(G+jωc)YP传输线可等效为：Z1Z2Z3ZsZsZs无限延伸Z1NZpZpZpZ0Z1N=Z1=Z2=Z3=Z0电路简化为：ZSZpZ0V2V1Z1nLZ0ZPZ1N=ZS+=Z0Z0+ZPZ+Z2+4ZZSSSP即:Z0=2l(R+jωl)122R+jωl=+l(R+jωl)+422G+jωc2因为l是微分段，极小，l项和l项可忽略。1R+jωlR+jωlZ0=4==ZPZS2G+jωcG+jω