PCB阻抗计算

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PCB线路板阻抗计算公式

PCB线路板阻抗计算公式

PCB线路板阻抗计算公式现在关于PCB线路板的阻抗计算方式有很多种,相关的软件也能够直接帮您计算阻抗值,今天通过polar si9000来和大家说明下阻抗是怎么计算的。

在阻抗计算说明之前让我们先了解一下阻抗的由来和意义:传输线阻抗是从电报方程推导出来(具体可以查询微波理论)如下图,其为平行双导线的分布参数等效电路:从此图可以推导出电报方程取传输线上的电压电流的正弦形式得推出通解定义出特性阻抗无耗线下r=0, g=0 得注意,此特性阻抗和波阻抗的概念上的差异(具体查看平面波的波阻抗定义)特性阻抗与波阻抗之间关系可从此关系式推出.Ok,理解特性阻抗理论上是怎么回事情,看看实际上的意义,当电压电流在传输线传播的时候,如果特性阻抗不一致所求出的电报方程的解不一致,就造成所谓的反射现象等等.在信号完整性领域里,比如反射,串扰,电源平面切割等问题都可以归类为阻抗不连续问题,因此匹配的重要性在此展现出来.叠层(stackup)的定义我们来看如下一种stackup,主板常用的8 层板(4 层power/ground 以及4 层走线层,sggssggs,分别定义为L1, L2…L8)因此要计算的阻抗为L1,L4,L5,L8下面熟悉下在叠层里面的一些基本概念,和厂家打交道经常会使用的Oz 的概念Oz 本来是重量的单位Oz(盎司)=28.3 g(克)在叠层里面是这么定义的,在一平方英尺的面积上铺一盎司的铜的厚度为1Oz,对应的单位如下介电常数(DK)的概念电容器极板间有电介质存在时的电容量Cx 与同样形状和尺寸的真空电容量Co之比为介电常数:ε = Cx/Co = ε'-ε"Prepreg/Core 的概念pp 是种介质材料,由玻璃纤维和环氧树脂组成,core 其实也是pp 类型介质,只不过他两面都覆有铜箔,而pp 没有.传输线特性阻抗的计算首先,我们来看下传输线的基本类型,在计算阻抗的时候通常有如下类型: 微带线和带状线,对于他们的区分,最简单的理解是,微带线只有1 个参考地,而带状线有2个参考地,如下图所示对照上面常用的8 层主板,只有top 和bottom 走线层才是微带线类型,其他的走线层都是带状线类型在计算传输线特性阻抗的时候, 主板阻抗要求基本上是:单线阻抗要求55 或者60Ohm,差分线阻抗要求是70~110Ohm,厚度要求一般是1~2mm,根据板厚要求来分层得到各厚度高度.在此假设板厚为1.6mm,也就是63mil 左右, 单端阻抗要求60Ohm,差分阻抗要求100Ohm,我们假设以如下的叠层来走线。

PCB阻抗计算公式

PCB阻抗计算公式

PCB阻抗计算公式1.传输线阻抗计算传输线阻抗是PCB板上非常重要的参数,它决定了信号在传输线上的传播速度和幅度。

常用的传输线包括微带线和同轴线。

a.微带线阻抗计算公式:在设计微带线时,我们需要计算其阻抗。

常用的微带线阻抗计算公式为:$$Z = \frac {87}{\sqrt{ε_{r} + 1.41}}\ln{\left(\frac{5.98h}{0.8w + t}\right)}$$其中Z为微带线的阻抗,εr为介电常数,h为板子厚度,w为微带线的宽度,t为微带线的厚度。

b.同轴线阻抗计算公式:在设计同轴线时,我们需要计算其阻抗。

常用的同轴线阻抗计算公式为:$$ Z = \frac{138}{\sqrt{ε_{r}}}\ln{\left(\frac{D}{d}\right)}$$其中Z为同轴线的阻抗,εr为介电常数,D为外导体直径,d为内导体直径。

2.差分线阻抗计算差分传输线在高速信号传输中广泛使用,因为它可以提供更好的抗干扰性能。

常用的差分传输线包括差分微带线和差分同轴线。

a.差分微带线阻抗计算公式:设计差分微带线时,我们需要计算其阻抗。

常用的差分微带线阻抗计算公式为:$$Z = \frac {87}{\sqrt{ε_{r} + 1.41}}\ln{\left(\frac{5.98h}{0.8w_{eff} + t}\right)}$$其中Z为差分微带线的阻抗,εr为介电常数,h为板子厚度,weff 为差分微带线的等效宽度,t为差分微带线的厚度。

b.差分同轴线阻抗计算公式:设计差分同轴线时,我们需要计算其阻抗。

常用的差分同轴线阻抗计算公式为:$$ Z = \frac{138}{\sqrt{ε_{r}}}\ln{\left(\frac{D}{d_{eff}}\right)}$$其中Z为差分同轴线的阻抗,εr为介电常数,D为外导体直径,deff为差分同轴线的等效内导体直径。

3.差分互连线阻抗计算差分互连线在高速信号传输中起着重要作用,常用于连接高速器件和芯片。

PCB线路板阻抗计算公式

PCB线路板阻抗计算公式

PCB线路板阻抗计算公式1. 传输线模型:PCB线路板可以近似看作是由两个导体平行排列组成的传输线。

当高频信号传输时,需要考虑传输线的特性阻抗。

常用的传输线模型有微带线(microstrip)和同轴线(coplanar)。

2.微带线模型:微带线是一种将信号层与地层通过电介质层相连的结构。

计算微带线的阻抗需要考虑的参数包括信号层宽度W、信号层与地层之间的介电常数Er、信号层厚度H1以及介电层厚度H2等。

微带线的阻抗计算公式为:Z0 = 87 / sqrt(Er + 1.41) * (W/H1 + 1.38/H2) + 0.8 * W其中Z0为微带线的特性阻抗,单位为欧姆。

3.同轴线模型:同轴线由内导体、绝缘层和外导体组成。

计算同轴线的阻抗需要考虑的参数包括内导体半径R1、绝缘层厚度H2、外导体半径R2以及介电常数Er等。

同轴线的阻抗计算公式为:Z0 = 60 * ln(R2/R1) / sqrt(Er) + 138 / sqrt(Er)其中Z0为同轴线的特性阻抗,单位为欧姆。

4.其他影响因素:在使用上述公式计算阻抗时,还需要考虑以下一些因素。

-线路板堆叠结构:多层线路板的堆叠结构会对阻抗产生影响。

通常情况下,带有地层的堆叠结构会使阻抗变小,而带有电源或信号层的堆叠结构会使阻抗变大。

-信号引线长度:信号引线的长度对阻抗也会有一定影响。

根据传输线理论,当信号引线长度小于1/10波长时,可以忽略这种影响。

-裸板材料:PCB线路板的裸板材料及其特性参数(如介电常数)也会对阻抗产生影响。

在选择裸板材料时需要根据设计需求和成本考虑。

总之,PCB线路板的阻抗计算需要综合考虑以上因素,利用适当的公式和参数进行计算。

对于复杂的线路板设计,可以借助专业的PCB设计软件来计算和优化阻抗。

PCB线路板阻抗计算公式

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PCB线路板阻抗计算公式现在关于PCB线路板得阻抗计算方式有很多种,相关得软件也能够直接帮您计算阻抗值,今天通过polar si9000来与大家说明下阻抗就是怎么计算得。

在阻抗计算说明之前让我们先了解一下阻抗得由来与意义:传输线阻抗就是从电报方程推导出来(具体可以查询微波理论)如下图,其为平行双导线得分布参数等效电路:从此图可以推导出电报方程取传输线上得电压电流得正弦形式得推出通解ﻫ定义出特性阻抗ﻫ无耗线下r=0,g=0 得ﻫﻫ注意,此特性阻抗与波阻抗得概念上得差异(具体查瞧平面波得波阻抗定义)特性阻抗与波阻抗之间关系可从此关系式推出、Ok,理解特性阻抗理论上就是怎么回事情,瞧瞧实际上得意义,当电压电流在传输线传播得时候,如果特性阻抗不一致所求出得电报方程得解不一致,就造成所谓得反射现象等等、在信号完整性领域里,比如反射,串扰,电源平面切割等问题都可以归类为阻抗不连续问题,因此匹配得重要性在此展现出来、叠层(stackup)得定义我们来瞧如下一种stackup,主板常用得8 层板(4 层power/ground以及4 层走线层,sggssggs,分别定义为L1,L2…L8)因此要计算得阻抗为L1,L4,L5,L8下面熟悉下在叠层里面得一些基本概念,与厂家打交道经常会使用得Oz 得概念Oz本来就是重量得单位Oz(盎司)=28、3 g(克)在叠层里面就是这么定义得,在一平方英尺得面积上铺一盎司得铜得厚度为1Oz,对应得单位如下介电常数(DK)得概念电容器极板间有电介质存在时得电容量Cx与同样形状与尺寸得真空电容量Co之比为介电常数:ﻫε =Cx/Co=ε'-ε”ﻫPrepreg/Core 得概念pp就是种介质材料,由玻璃纤维与环氧树脂组成,core其实也就是pp类型介质,只不过她两面都覆有铜箔,而pp没有、传输线特性阻抗得计算首先,我们来瞧下传输线得基本类型,在计算阻抗得时候通常有如下类型:微带线与带状线,对于她们得区分,最简单得理解就是,微带线只有1个参考地,而带状线有2个参考地,如下图所示对照上面常用得8 层主板,只有top 与bottom走线层才就是微带线类型,其她得走线层都就是带状线类型在计算传输线特性阻抗得时候, 主板阻抗要求基本上就是:单线阻抗要求55 或者60O hm,差分线阻抗要求就是70~110Ohm,厚度要求一般就是1~2mm,根据板厚要求来分层得到各厚度高度、在此假设板厚为1、6mm,也就就是63mil 左右, 单端阻抗要求60Ohm,差分阻抗要求100Ohm,我们假设以如下得叠层来走线。

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PCB线路板阻抗计算公式现在关于PCB线路板的阻抗计算方式有很多种,相关的软件也能够直接帮您计算阻抗值,今天通过polar si9000 来和大家说明下阻抗是怎么计算的。

在阻抗计算说明之前让我们先了解一下阻抗的由来和意义:传输线阻抗是从电报方程推导出来(具体可以查询微波理论)如下图,其为平行双导线的分布参数等效电路:■------ di —r - dz£・必从此图可以推导出电报方程加丄匚丄T d ~ + [g+ c—it 二0 u=0取传输线上的电压电流的正弦形式劣==一+ j如oc= - -f*推岀通解辽/『+ jy g + J^c定义岀特性阻抗无耗线下r=0, g=0 得7 -区%、注意,此特性阻抗和波阻抗的概念上的差异(具体查看平面波的波阻抗定义)|£C = Ep特性阻抗与波阻抗之间关系可从厂此关系式推岀.Ok,理解特性阻抗理论上是怎么回事情,看看实际上的意义,当电压电流在传输线传播的时候,如果特性阻抗不一致所求出的电报方程的解不一致,就造成所谓的反射现象等等•在信号完整性领域里,比如反射,串扰,电源平面切割等问题都可以归类为阻抗不连续问题,因此匹配的重要性在此展现出来•叠层(stackup)的定义我们来看如下一种 stackup,主板常用的8层板(4层power/ground 以及4层走线 层,sggssggs,分别定义为L1, L2…L8)因此要计算的阻抗为L1,L4,L5,L8Oz 的概念 Oz 本来是重量的单位 0z (盎司)=28.3 g (克)在叠层里面是这么定义的,在一平方英尺的面积上铺一盎司的铜的厚度为 1Oz,对应的单位如下介电常数(DK )的概念电容器极板间有电介质存在时的电容量Cx 与同样形状和尺寸的真空电容量 Co 之比为介电常数:e = Cx/Co = - ee"'Prepreg/Core 的概念pp 是种介质材料,由玻璃纤维和环氧树脂组成,core 其实也是pp 类型介质,只不过他两面都覆有铜 箔,而pp 没有.外匚走线L1F 面熟悉下在叠层里面的一些基本概念 ,和厂家打交道经常会使用的TQP L2L3L4L5 L6 L7CORFCORE .005"f 9 OZ(QiitAr l^yer+Pl^t ng)1 OZ(GMD)1 OZ1 OZ (VCC) I OZ (S1GMAL) 1 OZ(SIGNAL) 1 OZ(GrJD)F'repreo 丄 rril传输线特性阻抗的计算首先,我们来看下传输线的基本类型,在计算阻抗的时候通常有如下类型:微带线和带状 线,对于他们的区分,最简单的理解是,微带线只有1个参考地,而带状线有2个参考地,如下图 所示诫带线 带状线对照上面常用的8层主板,只有top 和bottom 走线层才是微带线类型,其他的走线层都是带状线类型在计算传输线特性阻抗的时候,主板阻抗要求基本上是:单线阻抗要求55或者600hm, 差分线阻抗要求是 70~1100hm ,厚度要求一般是1~2mm ,根据板厚要求来分层得到各厚度高度•在此假设板厚为1.6mm ,也就是63mil 左右,单端阻抗要求60Ohm ,差分阻抗要求 100Ohm ,我们假设以如下的叠层来走线。

PCB电路板PCB阻抗计算

PCB电路板PCB阻抗计算

PCB电路板PCB阻抗计算在PCB电路板设计中,阻抗是一个非常重要的参数。

准确计算和控制PCB电路板的阻抗可以确保信号的传输质量,减少信号损耗和干扰,并提高电路的性能。

1.厚度模型法2.三维建模法三维建模法是一种精确计算PCB阻抗的方法。

在这种方法中,使用电磁场仿真软件对整个PCB电路板进行三维建模,根据所使用的材料参数和几何特征,计算出电磁场的分布和阻抗。

这种方法可以考虑到更多的因素,如接地和供电平面的存在对阻抗的影响。

3.公式计算法除了使用软件模拟的方法,还可以使用一些公式来粗略计算PCB电路板的阻抗。

例如,对于微带线,可以使用公式Z=87/(sqrt(εr+1.41)) * ln(5.98*h/w+1.41)来计算阻抗,其中εr是相对介电常数,h是线的高度,w是线的宽度。

4.经验法对于一些常见的线宽和线距组合,也可以使用经验法来估算PCB电路板的阻抗。

例如,根据常见的线宽和线距组合的经验值,可以制定一个阻抗表格,根据线宽和线距的值查找相应的阻抗。

在进行PCB阻抗计算时,还需要考虑信号频率的影响。

因为电路板的阻抗会随着频率的变化而变化,因此需要根据实际的工作频率来计算阻抗。

通常,在高频应用中,PCB的阻抗控制更为严格。

为了准确计算PCB电路板的阻抗,建议使用专业的PCB设计软件,该软件通常会提供阻抗计算工具和阻抗模拟分析。

在进行阻抗计算之前,还需要正确设置PCB的材料参数和几何特征。

总结起来,PCB阻抗的计算是一个非常重要的任务,对于保证电路的性能和传输质量至关重要。

通过合理选取计算方法和使用专业工具,可以准确计算和控制PCB电路板的阻抗,从而提高电路的可靠性和稳定性。

PCB线宽阻抗计算公式

PCB线宽阻抗计算公式

PCB线宽阻抗计算公式
1.微带线线宽阻抗计算公式
微带线是一种常见的PCB传输线形式,它由一层介电质基片、导体层和贴片组成。

微带线的线宽阻抗计算公式可以表示为:
Z0 = 87/sqrt(Er+1.41)*log(5.98*h/w+1.41)
其中,Z0是线宽为w的微带线的特征阻抗,Er是介电常数,h是基片高度。

这个公式是通过对微带线的电磁场和传输线的特性阻抗进行数学建模而得出的。

它考虑了介质的损耗和辐射特性,可以用来计算高频信号在微带线上的传输特性。

2.通过线宽和阻抗计算线长
当我们知道了线宽和阻抗的关系后,有时候需要计算线长时,可以将上面的公式变形得到:
L = (0.2286*v)/(Z0*sqrt(Er))
其中,L是线的长度,v是信号在传输线上的速度。

这个计算公式可以帮助我们计算线的长度,从而帮助我们更好地布局PCB。

在实际应用中,有很多在线计算器或者专业的PCB设计软件可以帮助我们计算出线宽和阻抗的关系,比如Saturn PCB Design Toolkit、Advanced Circuits' Impedance Calculator等。

这些工具提供了更详细且准确的计算结果,可以帮助工程师们更好地设计PCB布局。

综上所述,PCB线宽阻抗计算公式是设计中非常重要的一部分,它们可以帮助我们计算出PCB线宽与电气信号的阻抗之间的关系,从而保证信号传输能够获得最佳性能。

PCB阻抗设计计算以及注意事项

PCB阻抗设计计算以及注意事项

PCB阻抗设计计算以及注意事项PCB阻抗设计计算以及注意事项阻抗设计与计算:阻抗控制四要素相互影响的变化关系:1、H=信号层与参考层间介质厚度;厚度↑,阻抗值↑,厚度↓,阻抗↓2、W=走线宽度;线宽↑,阻抗值↓,线宽↓,阻抗↑3、εr=材料的介电常数;介电↑,阻抗值↓,介电↓,阻抗↑4、T=走线厚度;铜厚↑,阻抗值↓,铜厚↓,阻抗↑(1)、W(设计线宽):该因素一般情况下是由设计决定的。

在设计时请充分考虑线宽对该阻抗值的配合性,为达到该阻抗值在一定的H、Er和使用频率等条件下线宽的使用是有一定的限制的。

(2)、S(间距):阻抗线之间的间距主要由客户决定,在工程制作时应充分考虑到补偿与生产加工的控制。

(3)、T(铜厚):设计时应考虑到电镀加厚对铜厚的影响,一般情况加厚厚度为18-25um;(4)、H(介质厚度):设计时应考虑层压结构的对称性与芯板的库存;在对残铜率较低的板,理论上的计算厚度与实际操作过程所形成的实际厚度会有差异。

设计时对该因素应予以充分的虑。

阻抗设计的注意事项:1、阻抗线必须有对应的参考平面,且参考平面必须完整;2、不同类型阻抗线应区分标示;3、相邻导线间的走向互相垂直步设或采用阶梯斜向45°走线;4、同一层上线宽一样的阻抗线对应的参考平面一致时,避免出现不同的阻抗要求值;5、使用标准铜厚,且成品铜厚不超过2OZ;6、尽可能减少阻抗线跨层7、共面阻抗的辐射更低,电场和磁场的耦合干扰更小,优于微带线8、过孔本身存在寄生电容和寄生电感,过孔的寄生电容会延长信号上升时间,降低电路的速度,过孔的寄生电感会消弱旁路电容的作用,消弱整个电源系统的滤波效果,因此须减少阻抗线附近的接地PTH过孔设计9、同样不合理的焊盘,铜点干扰也能导致阻抗的不连续性,因此须减少阻抗线旁间距很小的。

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阻抗线计算一.传输线类型1 最通用的传输线类型为微带线(microstrip)和带状线(stripline)微带线(microstrip):指在PCB外层的线和只有一个参考平面的线,有非嵌入/嵌入两种如图所示:(图1)非嵌入(我们目前常用)(图2)嵌入(我们目前几乎没有用过)带状线:在绝缘层的中间,有两个参考平面。

如下图:(图3)2 阻抗线2.1差动阻抗(图4)差动阻抗,如上所示,阻抗值一般为90,100,110,1202.2特性阻抗(图5)特性阻抗: 如上如所示,.阻抗值一般为50 ohm,60ohm二.PCB叠层结构1板层、PCB材质选择PCB是一种层叠结构。

主要是由铜箔与绝缘材料叠压而成。

附图为我们常用的1+6+1结构的,8层PCB叠层结构。

(图6)首先第一层为阻焊层(俗称绿油)。

它的主要作用是在PCB表面形成一层保护膜,防止导体上不该上锡的区域沾锡。

同时还能起到防止导体之间因潮气、化学品等引起的短路、生产和装配中不良操作造成的断路、防止线路与其他金属部件短路、绝缘及抵抗各种恶劣环境,保证PCB工作稳定可靠。

防焊的种类有传统环氧树脂IR烘烤型,UV硬化型, 液态感光型(LPISM-Liquid Photo Imagable Solder Mask)等型油墨, 以及干膜防焊型(Dry Film, Solder Mask),其中液态感光型为目前制程大宗,常用的有Normal LPI, Lead-free LPI,Prob 77.防焊对阻抗的影响是使得阻抗变小2~3ohm左右阻焊层下面为第一层铜箔。

它主要起到电路连通及焊接器件的作用。

硬板中使用的铜箔一般以电解铜为主(FPC中主要使用压延铜)。

常用厚度为0.5OZ及1OZ.(OZ为重量单位在PCB行业中做为一种铜箔厚度的计量方式。

1OZ表示将重量为1OZ的铜碾压成1平方英尺后铜箔的厚度。

1OZ=0.035mm).铜箔下面为绝缘层..我们常用的为FR4半固化片.半固化片是以无碱玻璃布为增强材料,浸以环氧树脂.通过120-170℃的温度下,将半固化片树脂中的溶剂及低分子挥发物烘除.同时,树脂也进行一定程度的反应,呈半固化状态(B阶段).在PCB制作过程中通过层压机的高温压合.半固化中的树脂完全反应,冷却后完全固化形成我们所需的绝缘层.半固化片中所用树脂主要为热塑性树脂, 树脂有三种阶段:A阶段:在室温下能够完全流动的液态树脂,这是玻钎布浸胶时状态B阶段:环氧树脂部分交联处于半固化状态,在加热条件下,又能恢复到液体状态C阶段:树脂全部交联为C阶段,在加热加压下会软化,但不能再成为液态,这是多层板压制后半固化片转成的最终状态.由于半固化片在板层压合过程中,厚度会变小,因而半固化片的原始材料厚度和压合后的厚度不一样,因而必须分清厚度是原始材料厚度还是完成厚度。

另外,半固化片的厚度不是固定不变的,根据板厚、板层和板厂不同,而有所不同。

上述只是一例。

同时该叠层中用了两块芯板,即core(FR-4).芯板是厂家已压合好的带有双面铜的基材,在压合过程中厚度是不变的。

常见芯板见下:(表二)三.应用Polar计算50ohm线②④⑤1 走在表层,次表层不挖①选用模型,根据叠层结构知道,实际上是表层微带线,非嵌入,可以选用图1的模型②输入参数注意:一般情况下,此类微带线的线宽都在0.1MM左右,可以先输入w1=0.1,w2=0.09计算一下Zo是多少,然后再根据结果调整w1,w2.w2比w1小10um,是考虑到了PCB上铜线的实际腐蚀结果③模型结果(图7)注意该模型中实际上没有考虑到阻焊对阻抗的影响,实际上阻焊对阻抗大概有1ohm左右的影响。

2 走在表层,次表层挖空,参考地是第3层①选用模型,根据叠层结构知道,实际上是表层微带线,非嵌入,选用如下模型图8②输入参数注意H1和H2的值,H2的值实际上应该是第1、2层之间的介质厚度再加上2层的铜厚。

③模型结果(图9)注意;由于我们在模拟过程中没有考虑到阻焊对阻抗的影响,实际上阻焊对阻抗的影响在2~3左右,可以将结果算大一点,便于厂家调整。

3 走在第4层,参考地是第3、5层①选用模型,根据叠层结构知道,是带状线,可以选用图3来做模型②输入参数注意,根据模型实际上,H1的厚度是芯板的厚度,H2是第4、5层间介质厚度加第4层铜厚③模型结果(图10)对于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?等多方面的问题尚不甚明了。

欢迎访问无线模块淘宝店(/本店出售多种R F模块)今就电子学的领域出发解译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簧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之。

在此文中,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销。

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。

可使电抗值互相抵销,导致净电抗值为0,在谐振频率(f 0),|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 co mposite 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。

由此可以推知碳粒合成电阻的高频特性甚差。

另外就TDR测量空板上的传输线而言亦可依上述的方式解译,其中上述所提L的效应来自电阻的两端引线,同理推验可知,TDR所使用探棒的测头如接于导通孔时即产生传输路径,此输入信道愈长则L效应相对愈大,此现象将如同业先前所提的测阻抗泥效应,亦指目前TDR在测试时所看到前端振荡效应。

该效应对于愈短距离的传输线而言,将会造成观察的困难。

就电容器而言:电容器对基本结构,是以两片金属平板中间隔以绝缘介质而成的组件,该组件在电路设计大都用作高频旁路或交连电容如与电感器结合,则可设计为滤波电路或为调谐电路,但一般对高频电路设计者来说其设计使用的电容器,往往不一定是选择最适合的,常以取得方便为主做为考虑,所以往往高频讯号传输过程将因电容器所造成的谐振点不同而使阻抗值偏差,所以电容器在设计时即应慎重考虑其品质。

另就空板电路板的结构,且以目前多层板的结构而言,往往层与层之间的结构形同为电容器的结构如图。

就电容器而言有一品质因子Q,其公式为Q = 1/DF (Dissipation factor散逸因子)。

当DF值愈小时即Q值愈大,所以就真正的电容器或电路板的层与层之间的结构而言,讯号传输过程的能量损失愈小则品质愈佳。

所以就板材材料而言,在单体材料时即应做电容值测试甚至于材料后加工后,亦应做电容值测试,因在压合后每平方单位面积上的流胶分布将因温度、压力而异于原始材料结构,因为材料于加工后其特性会有所差异,再者就电路板厂制程的一铜制程而言,在做电化学铜时因电镀的效应关系,所以往往在该铜层之中会有缝隙,而该缝隙或漏洞将同前叙所言,电阻组件中碳粒之间都存有电容,意指铜层中的漏洞将产生额外的杂散电容,如此将导致以后谐振频率中所需的|XC|不易控制,最后终将导致特性阻抗的无法精确控制,因此一铜的制程将不只影响到二铜的结果而已。

所以在预估阶段的特性阻抗时往往无法有效掌控压合后真正的介电常数值。

就电感器而言,电感器(inductor)多以导线绕制而成,导线在绕成线圈后,其所呈现的电感量,都比同样长度的导线为大。

使得线圈电感量增加的原因,在于线圈每匝所产生的磁通量,都能通过相邻各匝,进而形成较强的磁场所致。

因此,任何能加强磁场的方法,都能使电感量增加。

电感量的大小,与线圈的形状有关。

电感器在高频电路中,是为常用组件之一,诸如谐振、滤波、相移以及延时等电路,都必须应用电感器。

如上述所言,今为就电路设计者而言应考虑在设计高频讯号传输环境时此参数即因甚重考虑。

因如前之所述,在谐振率(f0)时|XL|=|XC|此时的匹配阻抗将达最完美状态,但就一条高频的传输线而言本身的自感量尚不及1nH,所含的电感量不多,此将如何增加磁通量将是一大困难。

传输线上并无增加磁通量的装置,因此如要解决下列问题应如何进行呢?简单,只要在主要改传输线的二旁加入并行的传输线并控制彼此之间的间距即可,因为诸如此类对设计此方法可有效加强电感量于电路中,如RAMBUS线路如下图。

计算公式为:L=r =线圈的半径cm N =线圈匝数L =线圈的长度cm当一电感量增加时再控制所需的|XL|的量,即可与|XC|平衡达到谐振频率。

如此,对谐振的问题将可有效控制,进而达到高品质的高频传输线路。

你可试着思考如果RAMBUS传输线二旁的地线或一些在试片上曾加入的仿真线于二边的传输线,今如去掉仿真线就最后的特性阻抗将又如何?今将就R.L.C在高频时所衍生出来的串联谐振特性说明如下,但在此之前就高频电路板设计者首先要先决定多少的匹配阻抗值适用于高频主动组件与被动组件之间的传输线阻抗。

其必备已知的条件如下1. 主动组件的输出阻抗值(Output Impedance)2. 被动组件的输入阻抗值(Input Impedance)说明:已知主动组件的输出阻抗值为50Ω,及希望与已知被动组件的输入阻抗值为68Ω,如此即可得出传输线的阻抗匹配值将为58.31Ω,公式为:如1-1公式算出匹配的传输线阻抗将为58.3Ω,若转换成频率对阻抗的曲线图则如下所示:由上述所言可知在谐振频率时(f0)其阻抗刚巧等于电路之总电阻值,因此时可使电感抗与电容抗相等,并使电抗值抵销此时的频率即为谐振频率。

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