阻抗控制介绍
阻抗控制
随着 PCB 信号切换速度不断增长，当今的 PCB 设计厂商需要理解和控制 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。
这就涉及到两个概念：阻抗控制与阻抗匹配，本文重点讨论阻抗控制和叠层设计的问题。
阻抗控制阻抗控制(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，将会造成阻抗值得变化，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”。
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。
PCB 阻抗的范围是 25 至120 欧姆。
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质组成。
迹线和板层构成了控制阻抗。
PCB 将常常采用多层结构，并且控制阻抗也可以采用各种方式来构建。
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。
PCB阻抗控制
PCB阻抗PCB阻抗控制，在PCB设计中经常遇到阻抗计算，但是我不明白阻抗计算是计算整板PCB的阻抗还是几个部分的阻抗PCB阻抗，在PCB设计中经常遇到阻抗计算，但是我不明白阻抗计算是计算整板PCB的阻抗还是几个部分的阻抗：如我有差分阻抗，单线阻抗。
那到底该采用哪些数值呢？可能几个部分的阻抗都不一样在同一PCB板上？这样的话该计算哪个阻抗来作为PCB的阻抗呢！完整性最佳。
是不是每个地方阻抗不一样，我得告诉PCB厂商，这个地方阻抗做多少，哪个地方阻抗做多少啊，比如：USB2.0差分做成90欧姆，DDR与DSP连接线做成多少欧姆，和时钟线做成多少欧姆等等啊?这样的话是不是要详细说明多处的阻抗要求。
关键布线部分是要给出详细的设计要求的，设计时的阻抗大小，是通过仿真软件，使信号完整性达到最好状态下，得到的。
根据仿真结果，可以得到该信号线的线长，线宽，线间距，在那层布线，串接多大的匹配电阻等要求，然后仿真设计人员将此仿真结果交给PCB LAUOUT设计人员，PCB LAUOUT设计人员会根据此要求进行PCB布线设计，设计完毕后的PCB文件生成为GERBER文件，送给PCB制造厂商即可制造出相应的PCB。
1.阻抗控制是控制信号线的阻抗，不是整板PCB的阻抗2.差分阻抗是两条差分信号的阻抗，单线阻抗是单一信号的阻抗。
如USB 2.0要做差分90欧姆，射频信号线一般做单线50欧姆等等。
哪些线要做阻抗控制，控制为多少，一般每个硬件平台都有自己的要求。
3.没有PCB阻抗这种说法，只有信号的阻抗。
电路设计中，差分信号的两条差分线能不能交换顺序？题目说的有些笼统，主要是想知道哪些是可以交换的，为什么，哪些是不可以交换的，又是为什么？还有差分线之间跨加100ohm或12 0ohm的电阻的作用是什么，是阻抗匹配还是将电流转换为电压？各位大牛，ths了会变小。
差分信号实际传输是电压还是电流，什么差分信号，说的通俗一点,差分信号时属于数字信号吗进一步看是以电压为的标准的能量信号，若内阻小，就可以带多个负载（电流大）。
高速数字电路PCB设计中的阻抗控制
环测威官网：/阻抗控制技术在高速数字电路设计中非常重要，其中必须采用有效的方法来确保高速PCB 的优异性能。
PCB上高速电路传输线的阻抗计算及阻抗控制•传输线上的等效模型图1显示了传输线对PCB的等效影响，这是一种包括串联和多电容，电阻和电感（RLGC 模型）的结构。
串联电阻的典型值在0.25至0.55欧姆/英尺的范围内，并且多个电阻器的电阻值通常保持相当高。
随着PCB传输线中增加的寄生电阻，电容和电感，传输线上的总阻抗被称为特征阻抗（Z 0）。
在线直径大，线接近电源/接地或介电常数高的条件下，特征阻抗值相对较小。
图3示出了具有长度dz的传输线的等效模型，基于该模型，传输线的特征阻抗可以推导为公式：。
在这个公式中，L“传感线”是指传输线上每个单位长度的电感，而C是指传输线上每个单位长度的电容。
环测威官网：/在上面的公式中，Z 0表示阻抗（欧姆），W表示线的宽度（英寸），T表示线的粗细（英寸），H表示到地面的距离（英寸），是指衬底的相对介电常数，t PD是指延迟时间（ps / inch）。
•传输线的阻抗控制布局规则基于上述分析，阻抗和信号的单位延迟与信号频率无关，但与电路板结构，电路板材料的相对介电常数和布线的物理属性有关。
这一结论对于理解高速PCB和高速PCB设计非常重要。
而且，外层信号传输线的传输速度比内层传输速度快得多，因此关键线布局的排列必须考虑这些因素。
阻抗控制是实现信号传输的重要前提。
但是，根据传输线的电路板结构和阻抗计算公式，阻抗仅取决于PCB材料和PCB层结构，同一线路的线宽和布线特性不变。
因此，线路的阻抗在PCB的不同层上不会改变，这在高速电路设计中是不允许的。
本文设计了一种高密度高速PCB，板上大多数信号都有阻抗要求。
例如，CPCI信号线的阻抗应为650欧姆，差分信号为100欧姆，其他信号均为50欧姆。
根据PCB布线空间，必须使用至少十层布线，并确定16层PCB设计方案。
由于电路板的整体厚度不能超过2mm，因此在堆叠方面存在一些困难，需要考虑以下问题：1）。
什么情况下需要做阻抗控制
什么情况下需要做阻抗控制
什幺情况下需要做阻抗控制？
高速传输、高频讯号传输的传输线，在质量上要比传输导线严格得多。
不再是“开路/短路”测试过关，或者缺口、毛刺未超过线宽的20%，就能接收。
必须要求测定特性阻抗值，这个阻抗也要控制在公差以内，否则，只有报废，不得返工。
特性阻抗值控制缘由：
1、缘由一
电子设备（电脑、通信机）操作时，驱动元件（Driver）所发出的信号，将通过PCB传输线到达接收元件（Receiver）。
信号在印制板的信号线中传输时，其特性阻抗值Z0 必须与头尾元件的“电子阻抗”能够匹配，信号中的“能量”才会得到完整的传输。
PCB设计之阻抗控制的走线细节举例
PCB设计之阻抗控制的走线细节举例1.走线的宽度和间距：走线的宽度和间距会直接影响走线的阻抗。
通常情况下，走线的宽度越宽，阻抗越低。
为了控制阻抗，可以在设计软件中使用特定的规则来指定走线的宽度和间距。
例如，对于常见的50欧姆的阻抗控制要求，可以将规则设置为适当的走线宽度和间距。
2.层数的选择：在高速信号传输中，层数的选择也会影响阻抗。
较高的层数可提供更多的走线空间，有助于降低阻抗。
因此，为了阻抗控制，可以选择适当的层数。
在多层PCB设计中，内层走线的间距和宽度也需要综合考虑，以保持阻抗的一致性。
3.地平面的设计：在PCB设计中，地平面的设计是控制阻抗的关键。
地平面应尽可能地平整，并且与走线保持一定的距离。
这样可以减少地平面与走线之间的互电容和互电感，从而提高阻抗的一致性。
为了实现这一点，可以在地平面上设置一些小孔，用于连接不同地层，从而提高地层的连贯性。
4.走线的形状和拐角：走线的形状和拐角也会影响阻抗。
通常情况下，直线和圆弧形的走线对阻抗控制较好，而直角拐弯较差。
在需要进行90度拐角的情况下，可以使用斜角拐弯来减小阻抗的变化。
此外，走线的形状和转角也会对电磁兼容性（EMC）产生影响，在设计时需要综合考虑。
5.信号层和电源/地层的分离：为了阻抗控制，信号层和电源/地层应尽可能地分离。
这样可以减少信号层与电源/地层之间的互电容和互电感，从而提高阻抗的一致性。
在多层PCB设计中，可以选择在信号层之间插入电源/地层，建立一个电源平面或地平面来提供均匀的分布。
6.终端匹配：终端匹配是一种常用的阻抗控制技术。
通过在信号线的起始和终止位置添加合适的电阻、电容等元件，可以达到匹配信号线的阻抗。
例如，可以在信号线的终止位置添加电阻，以匹配信号线和负载之间的阻抗。
终端匹配可以在设计中通过网络分析软件来实现。
综上所述，PCB设计中的走线细节对于阻抗控制至关重要。
通过选择适当的走线宽度和间距、层数、设计合理的地平面、走线的形状和拐角以及合理的终端匹配，可以实现阻抗的一致性，提高信号传输的质量和稳定性。
阻抗控制
金像電子陳佩阻抗控制（Impedance control zo）在P.C板上Lay out及製作上之研討A、阻抗≠電阻（1）導線中所傳導者為直流電（DC）時所受的阻力稱為電阻（Resistance）符號為R，單位為”歐姆”（ohm.Ω）（2）P.C板上的元件間傳輸的是訊號（signal）所遇到之阻力，我們稱之為〃阻抗〃Impedance，學名為Characteristic Impedance特性阻抗符號為ZO，單位也為〃歐姆〃（ohm.Ω）B、P.C板為何要作阻抗控（1）因此PC板上之線路必須能與板上之文件傳輸速率能匹配才能避免訊號受到干擾，一般速率到達100MHZ以上時，PC板即必須作阻抗控制，由於資訊業越來越講求速率，因此可以斷言阻抗控制的板子會越來越多，而且越來越嚴。
C、形成P.C板上阻抗之三大主體（1）大地GND或VCC（2）線路（3）介電材料（膠片prepreg）or（core中壓合好的prepreg）缺一不可D、對PC板而言，對阻抗控制之要因共有四點：1、介電常數：Dielectric constant（ξr）此常數之決定在材料，一般常用之FR4其常數大部份均在4.3±0.32、銅皮厚度：copper foil Thickness（T）一般而言內層板大部份會用1OZ之銅皮其材料之厚度為1.35±0.2mil間，經過 process後其厚度大為1.25±0.2mil，而外層銅皮大部份會用很1/2OZ其材料之厚度為0.7±0.1mil經過process後（一次銅、二次銅後）其厚度大約為2.1±0.5mil3、線路厚度：Conductor width（W）由Lay out決定4、電層厚度：Dielectric Thickness（H）由Lay out時規定或由P.C板公司配合E、將以上四種要因作運算，舉例說明：計算方式以IPC-2141為基準，雖然其準確性不佳，但為目前唯一有公式之版本方便講解用，較精準之計算必須要花錢另買精準之軟體假設四因素值ξr＝4.3；T＝2.1；W＝5；H＝4.5.假設四因素值ξr＝4.3；T＝1.25；W＝5；H＝5；H1＝10例三：Strip Line假設四因素值ξr＝4.3；T＝1.25；W＝5；H＝5例四：Dual-strip line假設四因素值ξr＝4.3；T＝1.25；W＝5；H＝5；H1（C）＝34由以上例子得知我們比較不能控制的（ξr）（T）影響較小，影響較大的我們必須加以控制Lay out方面請控制線寬（W）及Lay up之Design P.C.板製作方面要控制作出來之線寬（W）及介電層厚度（H）以符須求.為了符合Impedance要求，請允許P.C.板公司調整線寬（W）如有必要也請允許調整總板子厚度，但此方式只是治標，治本仍然應由線寬及lay up方面決定，否則空間就比較小甚至無法作業F.由以上說明可知要作好阻抗管控，最主要因素在如何管控好介電層及線寛變成最主要的關鍵。
阻抗控制----结案报告
富山分公司2008年技术研发报告---阻抗控制公差＜+/-7%(结案报告)制作人：徐学军2008-9-25审核：核准：富山分公司2008年技术研发结案报告---阻抗控制公差＜+/-7%前言：在电子产品的信号传输时，传输线路的阻抗是影响其传输速度及质量的重要因素，PCB 的特性阻抗（characteristic impedance, Z 0）的高精度控制，成为了近一、两年来世界pcb 业一个新的重要课题。
在看作展示世界PCB 及其基板材料一个前沿技术发展的窗口——日本印制电路2000年的展览会（JPCA Show 2000）上，将它与绿色型基板、封装基板其它两项列为该届盛会中的三大“中心话题”。
由此可见：特性阻抗（Z 0）的高精度控制，已成为了PCB 业内待解决的重要课题。
本文针对PCB 板阻抗的控制精度由+/-10%提高至+/-7%的方案进行研究探讨。
专用名词解释：目前我公司设计的阻抗结构主要为：微带线及嵌入状微带线两种.微带线叠构阻抗（surface microstrip ）：外层为阻抗控制的信号层面。
它和相连的对照层(Power 或Ground 层)中间用PP 隔开，如下图（1）,通常指外层阻抗。
带状线阻抗（offset stripline ）﹕内层为阻抗线所在层次，它与顶层(或底层)及相临的参照层以介电层隔开，如下图2，H1=H2时称为对称式带状线阻抗，当H1≠H2时称为非对称式带状线阻抗。
1.国内外技术现况分析从1985开始，就出现PCB 产品的阻抗控制精度+/-15-30%的要求，随着计算机的发展，1997年针对电路800MHz 频率信号Direc Rambus 的DRAM RIMM 模块（随机存储器）提出PCB的微带线等构造设计Z 0精度±10％控制要求，为保证计算机主机和交换机的内部电路实现高速的动作，要求电子产品与基板上的电路阻抗有很好的匹配，产品阻抗已经由+/-10%而需要进一步提高。
基于力矩的阻抗控制公式推导
基于力矩的阻抗控制公式推导摘要：一、引言二、力矩阻抗控制基本概念1.力矩2.阻抗控制3.力矩阻抗控制三、力矩阻抗控制公式推导1.控制目标2.动力学模型3.控制律设计四、结论正文：一、引言力矩阻抗控制作为一种广泛应用于机器人控制的方法，在提高系统性能和实现精确控制方面具有重要意义。
本文将对基于力矩的阻抗控制公式进行推导，以期加深对该方法的理解。
二、力矩阻抗控制基本概念1.力矩力矩是一种描述力作用效果的物理量，表示为M，它与力和力臂的乘积有关，即M = F * d，其中F为作用力，d为力臂。
力矩具有大小和方向，单位为牛顿米（N·m）。
2.阻抗控制阻抗控制是一种控制策略，通过设定控制目标来调节系统的输入，从而使系统的输出满足期望要求。
阻抗控制的实质是构建系统的输入输出关系，并使其具有某种性能。
3.力矩阻抗控制力矩阻抗控制是一种将力矩和阻抗控制相结合的控制方法，通过调节作用在系统上的力矩来实现系统的稳定性和性能要求。
力矩阻抗控制广泛应用于机器人控制、飞行器控制等领域。
三、力矩阻抗控制公式推导1.控制目标力矩阻抗控制的目标是使系统的输出力矩满足期望值，即M_desired。
为了实现这一目标，需要设计合适的控制律。
2.动力学模型假设系统的动力学模型为M(q) = C(q) * M_desired(q)，其中q为系统的状态变量，C(q)为系统的传递函数。
3.控制律设计根据动力学模型，可以设计力矩阻抗控制律为u(t) = K * (M(q) -M_desired(q))，其中K为控制增益，需要根据系统的特性和性能要求进行调节。
四、结论本文对基于力矩的阻抗控制公式进行了推导，首先介绍了力矩、阻抗控制和力矩阻抗控制的基本概念，然后通过动力学模型和控制律设计，得出了力矩阻抗控制的实现方法。
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三. 阻抗模拟要点分析
• 1. 特性阻抗的计算公式
:
• Z0=87/SQRT(Er+1.41)×ln[(5.98h)/(0.8w+t)] • Z0：印刷导线的特性阻抗： Er：绝缘材料的介电常数： h：印刷导线与基准面之间的介质厚度： w：印刷导线的宽度： t：印刷导线的厚度。 从公式可以看出，主要因素是：(1)介质常数Er; (2)介 质厚度h; (3)导线宽度w; (4)导线厚度t等。因而可知 ，特性阻抗与基板材料(覆铜板材)关系是非常密切 的，故选择基板材料在PCB设计中非常重要。
• 2.管控阻抗的意义： – 我国正处在以经济建设为中心和改革开放的大好形势 下，电子工业的年增长率会超过20％，印刷电路板工 业依附整个电子工业也会随势而涨．而且超过20％的 增长速度。印刷电路随着电子设备的小型化、数字化 、高频化和多功能化发展．作为电子设备中电气的互 连件—PCB中的金属导线，已不仅只是电流流通与否 的问题，而是作为信号传输线的作用。也就是说．对 高频信号和高速数字信号的传输用PCB的电气测试, 不 仅要测量电路(或网络)的通、断和短路等是否符合要求 ，而且还应该测量特性阻抗值是否在规定的合格范围 内，以保证传输信号的完整性（Signal Integrity ）。 只有这两方向都合格了．印刷板才符合要求。
– 雙面接觸銅面:
• PP厚度=100%殘銅PP厚度-上內層棕化後參照銅厚*(1-上內層殘銅率) –下內層棕化後參照銅厚*(1-下內層殘銅率) • Note: 針對上內層與下內層銅厚不一的板子需特別注意.
由图中可以看到当介质厚 度改变0.025mm时,就会引 起阻抗值相应的变化5～ 8Ω。
四.模拟实例
•
• 1. Polar認識:
• 2. Impedance type:
– 單端IMP – 差動IMP – 表面型IMP – 埋入式IMP
單端
差動
• 壓合填膠計算法:
– 單面接觸銅面:
• PP厚度=100%殘銅PP厚度-棕化後參照銅厚*(1-內層殘銅率)
二. 阻抗匹配
• 1.何谓阻抗匹配 – 将讯号的传输看成软管送水浇花：数字系统之多层板 讯号线（Signal line）中，当出现方波讯号的传输时， 可将之假想成为软管（hose）送水浇花。一端于手握 处加压使其射出水柱，另一端接在水龙头。当握管处 所施压的力道恰好，而让水柱的射程正确洒落在目标 区时，则施与受两者皆欢而顺利完成使命，岂非一种 得心应手的小小成就？
从图中可以看到当导线宽 度改变0.025mm时,就会引 起阻抗值相应的变化5～ 6Ω。
– 介质厚度(h)的影响 : 特性阻抗Z0是与介质厚度的自然对数成正比的，因而可知介 质厚度越厚其Z0越大。因为导线宽度和材料的介电常数在生产前就 已经确定，导线厚度工艺要求也可作为一个定值．所以控制层压厚 度(h)是生产中控制特性阻抗的主要手段。由图可得知，微带线相比 带状线的特性阻抗值一般要大20～40 。因此，对高频和高速数字 信号传输大多采用微带线结构的设计。同时， Z0将随着h的增加而 增大。故对于Z0严格控制的高频线路来说，对覆铜板的介质厚度的 误差会有严格要求，一般介质厚度变化不超过±10％。
– 导线宽度（w）及厚度（t）的影响 : 生产中所允许的导线宽度变化会导致阻抗值发生很大的改变 。导线的宽度是设计者根据多种设计要求确定的．它既要满足导 线载流量和温升的要求，又要得到所期望的阻抗值。这就要求生 产者在生产中应该保证线宽符合设计要求，并使其变化在公差范 围内，以适应阻抗的要求。导线厚度等于铜箔厚度加上镀层厚度 ，其可调节空间相对较小主要取决于客户之原始要求。
Tuesday, February 08, 2011
一. 阻抗定义 二. 阻抗匹配 三. 阻抗模拟要点分析 四. 模拟实例
一. 阻抗定义
• 1.何谓阻抗： – 简单地说，阻抗就是电阻加电抗，所以才叫阻抗；周延 一点地说，阻抗就是电阻、电容抗及电感抗在向量上的 和。在直流电的世界中，物体对电流阻碍的作用叫做电 阻，世界上所有的物质都有电阻，只是电阻值的大小差 异而已。电阻小的物质称作良导体，电阻很大的物质称 作非导体。但是在交流电的领域中则除了电阻会阻碍电 流以外，电容及电感也会阻碍电流的流动，这种作用就 称之为电抗，意即抵抗电流的作用。电容及电感的电抗 分别称作容抗及感抗，计量单位一样是欧姆，而其值的 大小则和交流电的频率有关系，频率愈高则容抗愈小感 抗愈大，频率愈低则容抗愈大而感抗愈小。
– 然而一旦用力过度水柱射程太远，不但腾空越 过目标浪费水资源，甚至还可能因强力水压无 处宣泄，以致往来源反弹造成软管自龙头上的 挣脱！不仅任务失败还大捅纰漏满脸豆花呢！
– 反之，当握处之挤压不足以致射程太近者，则 照样得不到想要的结果。过犹不及皆非所欲， 唯有恰到好处才能正中下怀皆大欢喜。
– 上述简单的生活细节，正可用以说明方波（ Square Wave）讯号（Signal）在多层板传输 线（Transmission Line，系由讯号线、介质层 、及接地层三者所共同组成）中所进行的快速 传送。此时可将传输线（常见者有同轴电缆 Coaxial Cable，与微带线Microstrip Line或带 线Strip Line等）看成软管，而握管处所施加的 压力，就好比板面上“接受端”（Receiver） 元件所并联到GND的电阻器一般，可用以调节 其终点的特性阻抗（Characteristic Impedance ），使匹配接受端元件内部的需求 。
• 2.阻抗ห้องสมุดไป่ตู้响因素分析：
– Er: 材料的介电常数是材料的生产厂家在频率为1 MHz 下测量确定的，不同生产厂家生产的同种材料由于其 树脂含量不同而不同。以环氧玻璃布为例研究如下：
由图可知, Er是随着频 率的增加而减小.信号 在介质材料中传输速度 将随着Er增加而减小, 因此要获得高的信号传 输速度必须降低材料的 Er 值.而低的Er 值即 对应着高的特性阻抗。
• 2.如何实现阻抗匹配： – 当“讯号”在传输线中飞驰旅行而到达终点，欲进入 接受元件（如CPU或Memory等）中工作时，则该讯号 线本身所具备的特性阻抗必须要与终端元件内部的电 子阻抗相互匹配才行，如此才不致任务失败白忙一场 。用术语说就是“正确执行指令，减少杂讯干扰，避 免错误动作”。一旦彼此未能匹配时，则必将会有少 许能量回头朝向“发送端”反弹，进而形成反射杂讯 （Noise）的烦恼。 ex. 当传输线本身的特性阻抗（Z0 ）被设计者订定为28ohm时，则终端控管的接地的电 阻器（Zt）也必须是28ohm，如此才能协助传输线对 Z0的保持，使整体得以稳定在28 ohm的设计数值。也 唯有在此种Z0=Zt的匹配情形下，讯号的传输才会最具 效率，其SI（讯号完整性）也才最好。
• 3. 阻抗量测
TDR：
– 时域反射仪（Time Domain Reflectometry），此TDR 可产生一种梯阶波（step wave）,并使之送入待测的传 输线中而成为入射波（incident wave）。于是当其讯号 线在线宽上发生宽窄的变化时，则荧光幕上也会出现 Z0欧姆值的上下起伏振荡。