特性阻抗教程
特征阻抗计算公式
特征阻抗计算公式
特性阻抗计算公式推导过程
传输线路的阻抗特性""Zo是指波在传输线中电压振幅和电流振幅的比率。
是指当电缆无限长时该电缆所具有的阻抗，是阻止电流通过导体的一一种电阻名称，它不是常规意义上的直流电阻。
一条电缆的特性阻抗是由电缆的电导率、电容以及阻值组合后的综合特性。
假设--根均匀电缆无限延伸，在发射端的在某一-频率下的阻抗称为“特性阻抗”(Characteristic Impedance)。
这些参数是由诸如导体尺寸、导体间的距离以及电缆绝缘材料特性等物理参数决定的。
测量特性阻抗时，可在电缆的另一-端用特性阻抗的等值电阻终接，其测量结果会跟输入信号的频率有关。
特性阻抗的测量单位为欧姆。
在高频段频率不断提高时，特性阻抗会渐近于固定值。
例如同轴线将会是50或75欧姆;而常用非屏蔽双绞线的特性阻抗为100欧姆，屏蔽双绞线的特性阻抗为150欧姆。
特征阻抗如何计算
特征阻抗是对于交流信号（或者说高频信号)来说的。
PCB走线中特征阻抗计算公式:。
关于同轴电缆特性阻抗的测试方法
关于同轴电缆特性阻抗的测试方法自动化工程学院 闵亚军 201421070142摘要：特性阻抗是指当电缆无限长时电磁波沿着没有反射情况下的均匀回路传输时所遇到的阻抗，特性阻抗是射频同轴电缆传输的重要参数之一。
本文主要介绍几种同轴电缆特性阻抗的常用测试方法，包括TDR(时域测试法)、史密斯图法、谐振频率法，并简单介绍其基于的原理。
关键字：同轴电缆 特性电阻 时域测试法 史密斯图法引言特性阻抗是指当电缆无限长时电磁波沿着没有反射情况下的均匀回路传输时所遇到的阻抗，它是由电缆的电导率、电容以及阻值组合后的综合特性，正常的物理运行依靠整个系统电缆与连接器具有恒定的特性阻抗。
传输线匹配的条件就是线路终端的负载的阻抗正好等于该传输线的特性阻抗，此时没有能量的反射，因而有最高的传输效率，相反，传输效率会受到影响，所以特性阻抗值是整个传输回路中非常重要的一个参数。
接下来将简单介绍下测试这一参数的各种方法及其所基于的原理。
一、特性阻抗同轴电缆的特性阻抗定义为：入射电压跟入射电流的比值或者反射电压跟反射电流的比值，所以也称作波阻抗。
通过传输线理论的推导 ，我们可以很容易地得到特性阻抗的公式 ：Cj G L j R Z c ωω++= （1） 输人阻抗定义为从电缆的某一个方向看进去，其电压和电流的比值 。
局部特性阻抗：电缆沿线长度方向上各点的特性阻抗。
平均特性阻抗：为特性阻抗在高频时的渐进值。
平均特性阻抗是沿线的所有局部特性阻抗的算术平均值。
二、常用测试方法2.1 时域测试法TDR(time domain reflection ，时域测试法)是一种通用的时域测试技术，广泛应用于PCB 、电缆、连接器等测试领域。
这种技术可以测出传输线的特性阻抗，并显示出每个阻抗不连续点的位置和特性(阻抗、感抗和容抗)。
相对于其他技术，TDR 能够给出更多的关于系统宽带相应的信息。
TDR 基于一个简单的概念：当能量沿着媒介传播时，遇到阻抗变化，就会有一部分能量反射回来。
PCB阻抗计算教程
半固化片(即PP),一般包括:106,1080,2116,7628等,其厚度为:106为0.04MM,1080为0.06MM,2116为0.11MM,7628为0.19MM.
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.
Si9000m增加了增强型建模功能，以便预测多介质PCB层的最终阻抗，同时考虑到邻近差动结构之间的介电常数差异。建模时常常忽略了表面涂层，Si9000m模拟涂层与表面线路之间的阻焊厚度。这是一种更好的解决方案，可根据电路板采用的特殊阻焊方法进行定制。新的Si9000m还提取偶模阻抗和共模阻抗。（偶模阻抗是当两条传输线对都采用相同量值、相同极性的信号驱动时，传输线一边的特性阻抗。）在USB2.0和LVDS等高速系统中，越来越需要控制这些
特性阻抗之原理与应用
特性阻抗之原理與應用Characteristic Impedance一、前題1、導線中所傳導者為直流（D.C.）時，所受到的阻力稱為電阻（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：R=V/I；另與線長及截面積有關的公式為：R=ρL/A。
2、導線中所傳導者為交流（A.C.）時，所遭遇的阻力稱為阻抗（Impedance），符號為Z，單位仍為Ω。
其與電阻、感抗及容抗等相關的公式為：Z =√R2 +(XL—Xc)23、電路板業界中，一般脫口而出的“阻抗控制”嚴格來說并不正确，專業性的說法應為“特性阻抗控制”（Characteristic Impedance Control）才對。
因為電腦類PCB線路中所“流通”的“東西”并不是電流，而是針對方波訊號或脈沖在能量上的傳導。
此種“訊號”傳輸時所受到的“阻力”另稱為“特性阻抗”，代表的符號是Zo。
計算公式為：Zo = √L/C ，（式中L為電感值，C為電容值），不過Zo的單位仍為歐姆。
只因“特性”的原文共有五個章節，加上三個單字一并唸出時拗口繞舌十分費力。
為簡化起見才把“特性”一字暫時省掉。
故知俗稱的“阻抗控制”，實際上根本不是針對交流電“阻抗”所進行的“控制”。
且即使要簡化掉“特性”也應說成Controlled Impedance，或阻抗匹配才不致太過外行。
圖1 PCB元件間以訊號（Signal）互傳，板面傳輸線中所遭遇的阻力稱為“特性阻抗”二、需做特性阻抗控制的板類電路板發展40年以來已成為電機、電子、家電、通信（含有線及無線）等硬體必備的重要元件。
若純就終端產品之工作頻率，及必須阻抗匹配的觀點來分類時，所用到的電路板約可粗分為兩大類：1、高速邏輯類：早期資訊工業（Information Technology Industry）在作業速度還不是很快時，電路板只是一種方便零件組裝與導通互連（Interconnection ）的載板或基地而已。
连接器 特征阻抗 测试方法
连接器特征阻抗测试方法全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：连接器是电子设备中广泛应用的一种元件，它们的特征阻抗是连接器性能的一个重要指标。
特征阻抗是指在无限长的传输线上单位长度的电阻性能，是影响信号传输质量和稳定性的重要参数之一。
测量连接器的特征阻抗需要依靠特定的测试方法，下面我们就来介绍一下连接器特征阻抗的测试方法。
一、特征阻抗的定义和作用特征阻抗是指传输线上单位长度内的电阻性能，通常用Z0表示，是连接器本身的一个固有属性。
特征阻抗的大小直接影响到信号传输的速度和质量，对于高频信号的传输特别重要。
当连接器的特征阻抗与传输线的特征阻抗不匹配时，会出现信号波形失真和反射现象，影响信号传输的可靠性和稳定性。
二、特征阻抗的测量方法1、时域法时域法是比较直观和简单的连接器特征阻抗测试方法，主要通过测量连接器上的反射波来计算特征阻抗。
具体测试步骤如下：（1）连接测试仪器：在测试仪器上连接信号源和接收器，连接被测连接器。
（2）发射测试信号：向被测连接器中发送测试信号，记录输入信号波形。
（3）测量反射波：测量连接器上的反射波形，根据反射波和输入信号的差异计算特征阻抗。
时域法的优点是操作简单，可以直观地了解连接器的特征阻抗情况，但缺点是对测试环境的要求较高，影响测试结果的准确性。
2、频域法（2）设置频谱分析参数：设置频谱分析仪的参数，包括频率范围、分析带宽等。
（3）测量S参数：通过频谱分析仪测量连接器的S参数，根据S 参数计算出特征阻抗。
频域法的优点是测量精度高，适用于高频信号传输特性测试，但其缺点是需要较复杂的仪器和操作技术。
三、连接器特征阻抗测试的注意事项1、测试环境要求高：连接器特征阻抗测试需要在无反射环境中进行，测试仪器和连接线的质量及性能对测试结果有极大影响。
2、注意连接方式：连接方式的不同会影响测试结果，必须确保连接器与测试仪器之间的连接有效且稳定。
3、多次验证：为了确保测试结果准确可靠，建议进行多次测试，取平均值作为最终结果。
用网络分析仪 E5071C 测试差分特性阻抗的操作指导书
差分特性阻抗测试操作指导书•内容–测试设备和夹具–SOP1:测试方法1（第一种校准测试方法）–说明1–说明2–SOP2:测试方法2（第二种校准测试方法）1.测试设备1.E5071C带TDR选件2.ECAL电子校准件N4433A3.测试电缆（连接仪器）2.测试夹具1.SFP+测试夹具3.被测电缆1.SFP+电缆•1.设备接电源，开机，预热30分钟•2.按preset复位•3按OK或者按仪器面板上enter•4点击点击点击点击点击点击•5点击点击点击点击点击提示接ECAL•64个端口接ECAL1点击3点击2校准完成后有绿色对勾双击Tr3，设置并校准risetime 阻抗测试条件非常重要！点击TDD11•71.2端口接上治具加上夹具后的曲线点击,测量risetime测量risetime 值1点击选取标准2点击3输入值按OK 1调试输入不同数字直到满足200ps 测试条件设置完成。
输入188时测试值200ps 假设risetime=200ps(20%-80%)调试输入188能满足200ps 的要求2完成后双击TR3此处也可调节刻度，其他步骤中调节也可以，灵活点•82点击点击输入文件名字，方便下次掉档案测试，不需再校准点击save 双击TR1测试前输入并检查是否188ps 非常重要夹具位置开路1去掉沟•9插入被测物被测物阻抗解释比如夹具位是0.6ns.那marker点输2.6ns,阻抗是100.8ohms.那我们给客户写成100.8ohms@1ns（200ps(20%-80%)）或者多增加几个marker点，会显得非常专业测试条件1ns哪一位置的阻抗增加marker点,按仪器面板的marker,再输入时间点，按enter也可增加最大最小的marker点1.存储图片2.存储CSV格式数据测试完成请注意另外如果仪器3.4端口接差分，此时可以双击TR5曲线，设置好risetime后，也可测试阻抗•下次测试同一款产品，就直接调取档案即可点击找到档案，点open•关于校准–手册中的校准方法只针对测试阻抗。
PCB特性阻抗设计指导
PCB特性阻抗设计指导电路板的高频阻抗控制，对于许多客户而言应不陌生，但就特性阻抗是如何设计而来或者特性阻抗在线路设计时有何限制，甚至高频特性阻抗传输线又应设计多长才能达到，最好的传输匹配环境，等多方面的问题，这里就电子学的领域出发解析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箕及质量中之能量，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。
在本文中，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消，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。
可使电抗值互相抵消，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。
特性阻抗之诠释与测试
特性阻抗之詮釋與測試>>回首頁>>回PCB專頁一. 前言抽象又複雜的數位高速邏輯原理，與傳輸線中方波訊號的如何傳送，以及如何確保其訊號完整性（Signal Integrity），降低其雜訊（Noise）減少之誤動作等專業表達，若能以簡單的生活實例加以說明，而非動則搬來一堆數學公式與難懂的物理語言者，則對新手或隔行者之啟迪與造福，實有事半功倍舉重若輕之受用也。
然而，眾多本科專業者，甚至杏壇為師的博士教授們，不知是否尚未真正進入情況不知其所以然？亦或是刻意賣弄所知以懾服受教者則不得而知，或是二者心態兼有之！坊間大量書籍期刊文章，多半也都言不及義缺圖少例，確實讓人霧裡看花，看懂了反倒奇怪呢！筆者近來獲得一份有關阻抗控制的簡報資料，係電性測試之專業日商HIOKI所提供。
其內容堪稱文要圖簡一看就懂，令人愛不釋手。
正是筆者長久以來所追求的境界，大喜之下乃徵得原著“問港建”公司的同意，並經由港建公司廖豐瑩副總的大力協助，以及原作者山崎浩（Hiroshi Yamazaki）及其上司金井敏彥（Toshihiko Kanai）等解惑下，得以完成此文，在此一併感謝。
並歡迎所有前輩先進們，多多慨賜類似資料嘉惠學子讀者，則功在業界善莫大焉。
《》二 .將訊號的傳輸看成軟管送水澆花2.1 數位系統之多層板訊號線（Signal Line）中，當出現方波訊號的傳輸時，可將之假想成為軟管（hose）送水澆花。
一端於手握處加壓使其射出水柱，另一端接在水龍頭。
當握管處所施壓的力道恰好，而讓水柱的射程正確灑落在目標區時，則施與受兩者皆歡而順利完成使命，豈非一種得心應手的小小成就？2.2 然而一旦用力過度水注射程太遠，不但騰空越過目標浪費水資源，甚至還可能因強力水壓無處宣洩，以致往來源反彈造成軟管自龍頭上的掙脫!不僅任務失敗橫生挫折，而且還大捅紕漏滿臉豆花呢！2.3 反之，當握處之擠壓不足以致射程太近者，則照樣得不到想要的結果。
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广州杰赛科技股份有限公司印制电路分公司 特性阻抗测试原理 特性阻抗测试原理
特性阻抗测试原理：
阻抗测试就是在示波器发出一种近似方波的脉冲后,同时接收其 反射波,然后将此两种脉冲波对比分析,从反射能量的大小得出阻 抗值,同时在荧光屏上显示出来(TDR输出信号传送到电路板,传送 到信号的线路,接受后，通过反射波上升或下降再与仪器本身所 放出的信号作对比,换算而得电路板的阻抗值) 主要组成：脉冲（阶跃）发生器＋高带宽示波器
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广州杰赛科技股份有限公司印制电路分公司
信号传输的三要素 信号传输的三要素
信号线
+
介质层
+
接地层
传输线
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广州杰赛科技股份有限公司印制电路分公司 信号传输损耗示意 信号传输损耗示意
IMPEDENANCE CHANGE
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广州杰赛科技股份有限公司印制电路分公司 磁场、静电场关系 磁场、静电场关系
磁场 静电场
注意：当电流流动时其磁场就产生 当有电压时其静电场就产生 Impedance_control
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广州杰赛科技股份有限公司印制电路分公司 特性阻抗定义 特性阻抗定义
嵌入 差分 阻抗 涂覆 差分 阻抗 对称 嵌入 单端 偏移 单端 阻抗 涂覆 单端 阻抗 嵌入 单端 阻抗
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广州杰赛科技股份有限公司印制电路分公司 常 常 用 用 特 特 性 性 阻 阻 抗 抗 模 模 块 块
嵌入 共面 阻抗 偏移 共面 阻抗 异面 差分 阻抗 涂覆 表面 共面 对称 嵌入 差分 偏移 差分 阻抗
特征： 特征： 1.电场只在PCB板内，较易控制阻抗； 1.电场只在PCB板内，较易控制阻抗； 2.传输速度较慢（约185ps/inch）； 2.传输速度较慢（约185ps/inch）； 3.介电常数较高； 3.介电常数较高； 4.在PCB里面，不容易受到干扰； 4.在PCB里面，不容易受到干扰； 5.较低密度的布线。 5.较低密度的布线。
差分传输线具有两种独特的传播方式，每种方式都有自己的特性 阻抗，分别称为奇模阻抗（Odd mode）和偶模阻抗（Even mode）
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差分阻抗是指在差分驱动时在两条传输线中测试到的阻抗。 线路1与线路2同时施加差分互补的信号，在任一导线测试到的阻抗称为奇模 阻抗(Odd Mode Impedance) 。 ZDifferential＝2×Zodd 线路1与线路2同时施加相同的信号，在任一导线测试到的阻抗称为偶模阻抗 (Even Mode Impedance) 。 共模阻抗（Common mode Impedance）是指并连在一起的线路的阻抗，是偶 模阻抗的一半。ZCommon＝1/2×ZEven
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特性阻抗
POWER/GROUND W A SIGNAL A A POWER/GROUND T D SIGNAL T W
POWER/GROUND
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广州杰赛科技股份有限公司印制电路分公司 背 背 景 景
传统PCB人们关注的只是金属导线的“通”、“断”、“短路”、“绝缘” 等情况，但是随着科技技术的发展、集成电路集成度的提高和应用，电 路的工作速度越来越快，信号传输频率和速度越来越高，PCB导线已不 仅是器件的载体和互连工具，它应该必须起着传输高性能信号的角色， 将输出的信号完整、准确地传送到接收器件的输入端。于是原来简单的 导线，逐渐转变成高频类（射频类，Radio Frequency，R.F.）与高速 类（逻辑类，High Speed Logic，L.F.）用途复杂的传输线。一般当信 号频率达200～300MHZ以上时，对PCB线路的要求就会变得更加严格。
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广州杰赛科技股份有限公司印制电路分公司 特性阻抗相关名词 特性阻抗相关名词
介电常数(εr):电极间充以某种物质时的电容与同样构造的真空 电容器的电容之比。当εr大时，储存电能能力大，电路中的电 信号出纳书速度就会降低。
介质损耗tanδ:电介质材料在交变电场的作用下，由于发热损耗 的能量。εr和tanδ是成正比的。
微带线（Microstrip）结构
4.在PCB表面，较容易受到干扰； 4.在PCB表面，较容易受到干扰； 5.可以高密度布线。 5.可以高密度布线。
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广州杰赛科技股份有限公司印制电路分公司 常 常 用 用 特 特 性 性 阻 阻 抗 抗 模 模 块 块
A
INCIDENT ENERGY
B
TRANSMITTED ENERGY REFLECTED ENERGY
当A组件经由板面线路向B发出讯号,若该讯号线的线宽不均,造成特 性阻抗值上起伏变化时,则讯号的部分能量会反弹回A中去。
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广州杰赛科技股份有限公司印制电路分公司 特性阻抗控制的前提条件 特性阻抗控制的前提条件
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广州杰赛科技股份有限公司印制电路分公司 特性阻抗测试 特性阻抗测试
时域反射器（TDR：Time Domain Reflectometry）:
测试印制电路板特性阻抗最常用的仪器，它允许阻抗随线路测 试的整个长度而改板，以快速上升时间的脉冲来模拟快速逻辑功能上 的测试。反射的电压可以表示出阻抗的变化，由此可以计算出线路上 的特性阻抗。目前国内PCB行业使用较多的是POLAR公司的特性阻抗测 试仪以及IPC-TM-650 2.5.5.7部分中规定的特性阻抗测试方法都是以 TDR为基础的。
铜厚，影响最小的是阻焊厚度。
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广州杰赛科技股份有限公司印制电路分公司 影响特性阻抗的因素 影响特性阻抗的因素
A. 介电常數(Dk、εr): 介电常数↑& 特性阻抗↓ 阻抗与其平方根成反比。 介电常数↓& 特性阻抗↑ ----------------------------------------------------------------* B. 导线厚度(T): 导线厚度↑& 特性阻抗↓ 阻抗与其成反比。 导线厚度↓& 特性阻抗↑ ----------------------------------------------------------------* C. 导线宽度(W): 导线宽度↑& 特性阻抗↓ 阻抗与其成反比。 导线宽度↓& 特性阻抗↑ ----------------------------------------------------------------* D. 介质厚度(H): 介质厚度↑& 特性阻抗↑ 阻抗与其成正比。 介质宽度↓& 特性阻抗↓ ----------------------------------------------------------------* E. 线间距(S): 导线间距↑& 特性阻抗↑ 阻抗与其成正比。 导线间距↓& 特性阻抗↓ ----------------------------------------------------------------* F. 阻焊厚度(H1): 阻焊厚度↑& 特性阻抗↓ 阻抗与其成反比。 阻焊厚度↓& 特性阻抗↑ 第19页 *
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广州杰赛科技股份有限公司印制电路分公司 特性阻抗用途 特性阻抗用途
典型的需要控制特性阻抗的印制线路板类型如下： 1.电信 2.高速的计算机板，包括PC和PCI总线板 3.雷达 4.军方应用 5.视频信号处理 6.真实的时间图像处理 7.许多家电也需要控制，MODEMS、无绳电话、模拟电视、DVD、CD及彩色 打印机等。
工作频率（影响 Rise time）
传输线长度（造成 Propagation delay )
故工作频率越高，传输线过长就需要考虑 控制特性阻抗
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广州杰赛科技股份有限公司印制电路分公司 特性阻抗控制的类别 特性阻抗控制的类别
目前大部分资料将特性阻抗分为单端（Singleended）阻抗和差分 （Differential）阻抗两种。 单端阻抗 (Singleended Impedance) (“单根信号线的特性阻抗”) 差分阻抗 (Differential Impedance) (“等宽等间距的两信号线的特性阻抗”)
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广州杰赛科技股份有限公司印制电路分公司 带状线（Stripline） 带状线（Stripline）
特性阻抗的类型基本分为微带线（Microstrip）和带状线（Stripline）。 带状线（Stripline）的信号线被介质 层所包围，上下夹封于参考层之间。
在高频情况下，印制板上传输信号的铜导线可被视为由一串连等 效电阻、电感及一并联电容所组合而成的传导线路。而此等效电 阻在高频分析时小到可以忽略，因此我们在对一个印制板的信号 传输进行高频分析时，则只需考虑杂散分布的串连电感及并连电 容的效应。 特性阻抗：Zo =R+√L / C≈ √L / C 电子器件传输信号线中，其高频信号或电磁波传播时所遇到的阻力 称之为特性阻抗，它是电阻抗、电容抗、电感抗的一个矢量的和。 Zo=√L/ C （Ω、ohm） C:电 容（F） L:电 感（H）