阻抗控制设计归类

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阻抗控制课程

阻抗控制课程内容：
1. 阻抗控制原理：阻抗控制属于主动柔顺控制中的一种，它不需要直接控制研磨刀具和工件之间的作用力，而是通过以位置偏差作为输入产生输出力的方式来达到控制的目的。

在阻抗控制中，实时检测的机器人与受限环境接触产生的力作为反馈，通过力和位置之间的动态关系转换，与理想的运动状态进行比较，通过控制器产生运动控制信号输出，驱动机器人末端运动至期望位置（接触力正好等于期望力的位置）。

2. 阻抗控制策略：阻抗控制策略包括基于位置的阻抗控制、轨迹跟踪阻抗控制等。

在基于位置的阻抗控制中，通过调整反馈位置误差、速度误差或刚度来使机械臂末端呈现需要的刚性和阻尼，此时接触过程的弹性变形尤为重要。

在轨迹跟踪阻抗控制中，机器人需要跟踪预设的轨迹，同时保持与环境的柔顺接触。

3. 阻抗控制的应用：阻抗控制被广泛应用于机器人操作、自动化生产线、医疗设备等领域。

例如，在机器人操作中，阻抗控制可以使机器人更加灵活地适应环境变化，提高操作的精度和稳定性。

在医疗设备中，阻抗控制可以用于控制手术器械的力度，减少手术过程中对组织的损伤。

4. 阻抗控制的实现方法：阻抗控制的实现方法包括基于模型的阻抗控制和基于学习的阻抗控制等。

基于模型的阻抗控制需要根据机器人的动力学模型和环境模型来设计控制器，而基于学习的阻抗控制则通过训练神经网络等机器学习模型来学习阻抗控制策略。

总之，阻抗控制课程将涵盖阻抗控制原理、阻抗控制策略、阻抗控制的应用和实现方法等方面的内容，旨在使学生掌握阻抗控制的基本理论和技能，能够将其应用于实际工程问题中。

阻抗设计与制作知识

阻抗设计与制作知识阻抗设计与制作知识提纲:· 1.阻抗定义及阻抗匹配理解· 2.阻抗常见类型· 3.阻抗适用的范围一、阻抗控制的介绍1.1 阻抗定义:在某一频率下，电子器件传输信号线中，相对某一参考层，其高频信号或电磁波在介质内传播的过程中所受的阻力，称之为阻抗；其必须控制在一额定范围内,方可保证信号在传输过程中不失真（信号无法接受/串信号，信号接收不稳定….）。

（阻抗是电阻抗，电感抗，电容抗……的一个矢量总和）。

1.2 什么叫阻抗匹配：如果把电压比作速度、把电流比作力量：比如两个人，工钱一样，一个干瘦，力量不大，但跑路速度快；另一个是胖子，虽然动作较慢，但有力量。

如果你让瘦子跑腿去送信、让胖子搬运货物，这活就安排对了，这叫阻抗匹配；如果你让胖子跑腿去送信、让瘦子干体力活，虽然也能做，但谁都干不好，这叫不匹配。

瘦子速度快力量小，相当于电压高电流小，适合高阻抗的工作；胖子速度慢力量大，相当于电压低电流大，适合低阻抗的工作。

虽然他们的工钱（功率）都一样，但只有工作（阻抗）匹配了，才能让他们发挥的最好。

1.3 阻抗匹配三要素：上图总结：当信号在PCB上传输时，PCB板的特性阻抗必须与头尾元件的电子阻抗相匹配，一但阻抗值超出公差，所传出的信号能量将出现反射、散射、衰减或延误等现象，从而导致信号不完整，信号失真。

二、阻抗常见类型1.单端阻抗(single ended Impedance):定义：当两导体与其地层绝缘后，彼此形成的阻抗通常指传输线相对于最近的GND层之间的特性阻抗,调节的方式通常以调整线宽W和介质层厚度H为主;2.差分阻抗(Differential Impedance):定义：两导线间的量测阻抗通常指两条传输线之间的特性阻抗,调节的方式通常以调整线宽W 与间距S和介质层厚度H为主;3.共面阻抗(Coplanar Impedance)定义：将两导线连接在一起时，导线对接地层之间的阻抗关系三、阻抗适用范围1.以终端产品工作频率,及必须阻抗匹配的观点来看,须做特性阻抗控制的电路板可粗分为两类:高频类(射频R.F.)与高速类(逻辑频率L.F.)1.1.高速逻辑类：（ＰＣ类）此类传输线在质量要求上要比传统导线严格很多。

PCB阻抗控制及设计说明

PCB 阻抗控制设计说明随着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。

阻抗的名词解释和分类

阻抗的名词解释和分类阻抗这个词在工程学和物理学中有着重要的意义。

简单来说，阻抗是指电路对交流电流的阻碍程度。

在电学中，电路的阻抗由电阻、电感和电容组成。

在此篇文章中，我们将解释阻抗的概念，并根据其特征和应用领域对其进行分类。

阻抗是电路中电流和电压之间相位差的度量。

它与电阻的概念有些类似，但不同之处在于，阻抗还考虑了电感和电容的作用。

通常用Z表示电路阻抗，以欧姆（Ω）为单位。

当电路中存在电感和电容时，阻抗可以是复数形式，表现为实部和虚部的组合。

首先，我们来讨论电阻。

电阻是电流通过时，电压下降的一种特性。

在交流电路中，电流和电压随时间变化，因此电阻的阻抗可以视为恒定的实数值。

接下来，我们考虑电感。

电感是一种储存能量并阻碍电流变化的元件。

它是由线圈或孤立导线形成的。

电感对电流变化的阻碍作用表现为电场中的反应电动势。

由于电感对交流电有不同的阻抗，因此在计算电路中的阻抗时，电感的存在必须考虑在内。

电感的阻抗是一个复数，由实部（电感的阻力）和虚部（电感引起的电势变化）组成。

最后，我们来看电容。

电容可以储存能量并将其释放给电路。

它由两个平行且带电的导体板之间的绝缘介质组成。

与电感类似，电容也会对交流电流产生阻碍作用。

电容的阻抗同样是一个复数，由实部（电容的导纳）和虚部（电容的电势变化）组成。

根据这些特性，我们可以将阻抗分为三类：纯阻抗、纯电阻和复阻抗。

纯阻抗是指电路中仅含有电感或电容的情况。

在纯电感电路中，阻抗为纯虚数，仅由电感的阻力构成。

而在纯电容电路中，阻抗为纯实数，仅由电容的导纳构成。

这两种情况下，阻抗可以通过计算电感或电容的单位来确定。

与纯阻抗不同，纯电阻电路是指由电阻组成的电路。

在这种情况下，阻抗是实数，没有虚部。

电阻的阻抗可以通过测量电流和电压的比值来确定。

最后，复阻抗是指由电感和电容组成的电路，这两个元件的阻抗都会对交流电产生影响。

复阻抗是一个复数，包含实部和虚部。

可以使用欧姆定律和基尔霍夫电流法则来计算复阻抗。

阻抗控制设计指引new(DOC)

目的确定阻抗控制的要求，规范阻抗计算方法，拟定阻抗测试COUPON设计之准则,确保产品能够满足生产的需要及客户要求。

1.0范围所有需要阻抗控制产品的设计、制作及审核。

2.1 定义◆特性阻抗的定义：在某一频率下，电子器件传输信号线中，相对某一参考层，其高频信号或电磁波在传播过程中所受的阻力称之为特性阻抗，它是电阻抗，电感抗，电容抗……的一个矢量总和。

◆阻抗匹配impedance match:在电子电路中的信号传输，由电源输出起，希望在无能量损失条件下传输到接受端，而中间不发生任何信号反射，因此要求印制板中的阻抗(ZL)和电源端的阻抗(ZO)相等，即称之阻抗匹配。

阻抗不能匹配,则收到的信号失真.◆微带线microstrip: 在印制板中导线平行于接地面，中间由介质隔开的一种传输信号线结构。

◆带状线stripline:在印制板中单一导线与两个平行地面平行，等距或不等距并由介质隔开而组成的一种传输信号线结构.◆参考层：所有阻抗控制信号线都有参考层，有相同层的，有不同层的，一般是不同层的，除非客户特别注明为共面。

参考层判定准则：找到阻抗控制信号线，其正下方和正上方的最邻近的铜面即为参考层。

（简单说如后面所说的GND/VCC参考层）2.2 特性阻抗的分类：目前常见的特性阻抗分为：单端(线)阻抗、差分(动)阻抗、共面阻抗此三种情况。

2.2.1 单端(线)阻抗：英文single ended impedance ,指单根信号线测得的阻抗。

2.2.2 差分(动)阻抗：英文differential impedance,指差分驱动时在两条等宽等间距的传输线中测试到的阻抗。

2.2.3 共面阻抗：英文coplanar impedance ,指信号线在其周围GND/VCC(信号线到其两侧GND/VCC间距相等)之间传输时所测试到的阻抗。

2.0职责3.1 工程部负责本文件的编制及修订。

3.2 工程设计人员负责对客户资料中阻抗要求的理解及转换，负责编写阻抗控制的流程指示、菲林修改指示及阻抗测试COUPON的设计。

阻抗设计规范

一.阻抗：（Impedance,Z）1电流在交流线路中流动时，其所遭遇的阻力。

2对印制电路板而言，是指在某一高频之下，某一线路层对一项对层(通常指最近的接地层)总合之阻抗。

（电阻、电容抗、电感抗）简而言之，亦即评估线路之均匀性及介质层厚度之均匀性。

3阻抗控制的目的：就是要将双面及多层板讯号线在高频工作中的阻抗值，控制在某一数值范围内。

二.单端阻抗（Characteristic Impedance）在计算机，无线通信等电子信息产品中、PCB的线路中的传输的能量，是一种由电压与时间所构成的方形波信号（Square wave signal）称为脉冲（Pulse）它所遭遇的阻力则称为特性阻抗，其理论公式为，引起特性阻抗的重要原因：无损耗条件下，导体间的电感L与电容C Z。

=//三.差动阻抗（Differential Impedance）由两根差动信号线组成的控制阻抗的一种复杂结构,驱动端输入的信号为极性相反的两个信号波形,分别由两根差动线传送,在接收端这二个差动信号相减,由于感应噪声同时作用于二根信号线,从而相互抵消.这种方式主要用于高速数模电路中以获得更好的信号完整及抗噪声干扰.四阻抗匹配三要素输出阻抗(原始主动零件)、特性阻抗（传输线）、输入阻抗（被动零件）阻抗匹配能减少在信号传输途中或终端所产生的能量反射和损失，降低杂波及串扰，杜绝失真及减少信号传输中的延迟，使信号的能量得到完整的传输。

所以阻抗控制其实就是让系统中每一个部分都具有相同的阻抗值，而其目的则在消除介面的反射杂讯。

五影响阻抗之因素2:阻抗COUPON设计单端阻抗:信号线设计长度为6 Inch差分阻抗: 信号线设计长度为6 Inch单端与差分的COUPON设计模块相同,只是一个为单线一个为双线.无论是单端模块还是差分模块,测试孔的位置必须与以上模块相同,否则将造成无法测试.3 COUPON的放置方式1.依据客户原稿设计2.设在折断边上(工艺边上)3.另设阻抗条(见以上附图所示)4 屏蔽层的判定5.Polar SI8000阻抗计算软件的应用.外层单端阻抗计算模块H1 绝缘层的厚度(对阻抗影响极大)Er1 介电常数值(普通FR-4板材一般在4.2-4.8之间)W1 成品线底宽度W2 成品线面宽度(线面宽度一般会比线底宽度小1mil左右)T1 成品铜铂厚度(成品铜铂厚度一般在1.2-1.4mil)C1 基材部分阻焊厚度(阻焊厚度一般在0.4-0.8mil)C2 信号线部分阻焊厚度CEr 阻焊介电常数Impedence 最终理论阻抗值(计算出来的理论值与客户要求的实际值不得相差2 ohm以内) 注:1.阻焊越厚阻值越低,影响值会在3ohm以内,如成品板实测阻值偏高,可多盖两次阻焊膜,以降低阻值2.阻值控制范围:单端35-75 ohm差分90-140 ohm外层差分计算模块H1 绝缘层的厚度(对阻抗影响极大)Er1 介电常数值(普通FR-4板材一般在4.2-4.8之间)W1 成品线底宽度W2 成品线面宽度(线面宽度一般会比线底宽度小1mil左右)S1 成品线间距T1 成品铜铂厚度(成品铜铂厚度一般在1.2-1.4mil)C1 基材部分阻焊厚度(阻焊厚度一般在0.4-0.8mil)C2 信号线部分阻焊厚度C3 基材部分阻焊厚度CEr 阻焊介电常数Impedence 最终理论阻抗值(计算出来的理论值与客户要求的实际值不得相差2 ohm以内)内层差分阻抗计算模块H1 绝缘层的厚度(与对应屏蔽层间的厚度)Er1 介电常数值(普通FR-4板材一般在4.2-4.8之间)H2绝缘层的厚度(与对应屏蔽层间的厚度)Er2介电常数值(普通FR-4板材一般在4.2-4.8之间)W1 成品线底宽度W2 成品线面宽度(线面宽度一般会比线底宽度小1mil左右)S1 成品线间距T1 成品铜铂厚度(成品铜铂厚度一般在1.2-1.4mil)Impedence 最终理论阻抗值(计算出来的理论值与客户要求的实际值不得相差2 ohm以内)差分阻抗与周围铜皮有间距,计算模块.H1 绝缘层的厚度(对阻抗影响极大)Er1 介电常数值(普通FR-4板材一般在4.2-4.8之间)W1 成品线底宽度W2 成品线面宽度(线面宽度一般会比线底宽度小1mil左右)S1 成品线间距G1信号线周围铜皮的大小(按101输入)G2信号线周围铜皮的大小(按100输入)D1信号线与周围铜皮的间距T1 成品铜铂厚度(成品铜铂厚度一般在1.2-1.4mil)C1 基材部分阻焊厚度(阻焊厚度一般在0.4-0.8mil)C2 信号线部分阻焊厚度C3 基材部分阻焊厚度CEr 阻焊介电常数Impedence 最终理论阻抗值(计算出来的理论值与客户要求的实际值不得相差2 ohm以内)。

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阻抗控制设计
1.常见的单端(线)阻抗计算模式
1）Surface Micro strip：外层阻焊前阻抗计算(外层到VCC/GND)
2）Coated Microstrip：外层阻焊后阻抗计算(外层到VCC/GND)
3)Embedded Microstrip：与外层相邻的第二个线路层阻抗计算（例如一个6层板,L1、L2均为线路层,L3为GND或VCC层,则L2层的阻抗用此方式计算.）
4)Offset stripling：两个VCC/GND夹一个线路层之阻抗计算
5)Offset stripline：两个VCC/GND夹两个线路层之阻抗计算;
例如一个6层板，L2,L5层为GND/VCC，L3,L4层为线路层需控制阻抗.
2.常见的差分(动)阻抗计算模式：
1)Edge-coupled Surface Microstrip:外层阻焊前差动阻抗计算(外层到VCC/GND)
2)Edge-coupled Coated Microstrip:外层阻焊后差动阻抗计算(外层到VCC/GND)
3)Edge-coupled Embedded Microstrip:与外层相邻的第二个线路层差动阻抗计算(外层，阻抗层，VCC/GND)
4）Edge-coupled Offset stripline：两个VCC/GND夹一个线路层之阻抗计算
5）Edge-coupled Offset stripline：两个VCC/GND夹两个线路层之阻抗计算:例如一个6层板,L2、L5层为GND/VCC,L3、L4层为线路层需控制阻抗
6）Edge-coupled Offset stripline：两个VCC/GND夹两个线路层之阻抗计算:例如一个6层板,L2、L5层为GND/VCC,L3、L4层为线路层需控制阻抗（含线间填充树脂）
3.常见的共面阻抗计算模式：
1）Surface coplanar waveguide：外层蚀刻后单线共面阻抗，参考层与阻抗线在同一层面，即阻抗线被周围GND/VCC包围，周围GND/VCC即为参考层面。

而次外层（innerlayer2）为线路层，非GND/VCC（即非参考层）。

2）Coated coplanar strips：：阻焊后单线共面阻抗，参考层与阻抗线在同一层面，即阻抗线被周围GND/VCC包围，周围GND/VCC即为参考层面。

而次外层（innerlayer2）为线路层，非GND/VCC（即非参考层）。

3）Surface coplanar waveguide with ground：外层蚀刻后单线共面阻抗，参考层为同
一层面的GND/VCC和次外层GND/VCC层。