將 PCB 本身視為連接多條跡線的組件是公平的。每條跡線都是不同的，有些是高速的，有些是低速的，有些是有噪聲的，有些是用于電路電流的返回路徑等。現(xiàn)在，眾所周知，理想電路和實際電路存在很多差異。 假設(shè)一條高頻走線是用一條走線寬度為 0.5mm 的 7mm 銅走線來布線的，它會在走線上增加電感、電容和電阻。這對高頻信號線造成了困難，因為電容和電感會改變信號的頻率，走線的終點會產(chǎn)生與走線起點完全不同的結(jié)果。此類信號的主要衰減是由于PCB 走線中的阻抗。 在本文中，我們將更多地了解PCB 阻抗匹配，以及它為何如此重要。

什么是阻抗？

您可以將阻抗視為交流電中的電阻。阻抗也以歐姆為單位，就像電阻一樣，但它與電阻有很大不同。電阻歐姆適用于直流特性，但阻抗用于交流，特別是具有頻率的交流。

為確保信號走線經(jīng)過精心設(shè)計并且信號質(zhì)量不會因走線而降低，需要仔細控制阻抗，因為 PCB 走線的阻抗通常不受控制。

PCB設(shè)計中阻抗匹配的重要性

本質(zhì)上，PCB設(shè)計 中的阻抗控制是指基板材料特性與走線尺寸和位置的匹配，以確保走線信號的阻抗在特定值的一定百分比范圍內(nèi)。受控阻抗板提供可重復(fù)的高頻性能。

以下是在 PCB 設(shè)計中控制阻抗的原因。

在高頻下，PCB 上跟蹤的信號不僅僅是一個連接，而是一個組件。即使是一條跡線，在不同的點也有不同的特征。

每當信號在走線中進一步移動時，不同的阻抗會產(chǎn)生取決于兩個不匹配阻抗之間的差異的信號反射。較大的阻抗失配會產(chǎn)生較大的反射并影響信號完整性。

信號的反射疊加了經(jīng)常被高頻ADC、高速處理電路誤解的實際或初級信號，無法解碼實際信號。

PCB 設(shè)計的標準阻抗值

不同的信號跡線需要在整個信號跡線上具有不同的阻抗特性。根據(jù)信號類型和數(shù)據(jù)傳輸速度或頻率，下表將為不同的 PCB 信號跡線提供廣泛接受的受控阻抗。

重要的是要記住，需要在整個信號路徑中保持阻抗。

因此，在布線信號走線時，保持上述阻抗以保持信號完整性很重要。

但是，除此之外，各個組件的數(shù)據(jù)表中總是會提到特定的阻抗要求。建議閱讀數(shù)據(jù)表以獲取有關(guān)高頻跡線的信息以及特定信號的阻抗要求。

PCB 阻抗匹配 – 示例

例如，我們選擇一個流行的射頻模塊，在物聯(lián)網(wǎng)中廣泛流行的 SIM800模塊由于其低成本和易于獲得。許多人使用這個模塊并設(shè)計了一個可能對業(yè)余項目有好處的 PCB，但是當這個 PCB 將被測試信號電平完整性時，SIM800 的輸出會很差。不僅如此，在最嚴重的情況下，RF 天線可能會提供較差的結(jié)果，以及 SIM800 無法在網(wǎng)絡(luò)中工作。幾乎所有情況的主要原因都是不良的 PCB 設(shè)計，尤其是射頻信號路由。RF天線或RF信號是接收GSM頻段數(shù)據(jù)的高頻信號。這需要適當設(shè)計以減少 RF 跡線上的反射。數(shù)據(jù)表表明，RF 走線的目標阻抗應(yīng)為 50 歐姆作為受控阻抗。

PCB阻抗測量和計算

大多數(shù)只是單信號路徑的信號都具有單端阻抗，并且信號使用差分對阻抗以及單端阻抗。

阻抗跡線取決于以下因素：

銅跡線的寬度和厚度（在所有層中）

芯材和預(yù)浸材料的介電常數(shù)

與其他銅的距離

芯材或預(yù)浸材料的厚度。

因此，信號走線的阻抗匹配需要上述信息。在之前的文章中，我們已經(jīng)了解了如何路由差分對信號。讓我們匹配相同信號的阻抗，因為當阻抗匹配正確時，差分對路由完成。

為了計算阻抗，我使用 Saturn PCB 阻抗計算器軟件，Inc - PCB Toolkit V8.05，它是免費軟件，在設(shè)計師中非常有名。獲得所需阻抗間距的近似值等很有用。

因此，需要在 USB 的 D+ 和 D- 線上匹配阻抗。由于是USB信號，阻抗要求為90歐。

以下是我的參數(shù)-

PCB - FR4，介電常數(shù)為 4.6 Er

底銅和鍍層厚度均為35um

導(dǎo)體高度選擇為 0.254mm

差分對將在頂層或底層布線

讓我們計算走線厚度和走線間距-

Som 具有 15% 的容差和 90 歐姆的目標阻抗，導(dǎo)體寬度要求為 0.254mm，兩者之間的間距要求為 0.127mm。

因此，如果我們在具有 35um 銅和鍍層厚度的 FR-4 板上布線差分對，目標阻抗將接近 90 歐姆。需要仔細布線，任何地方兩根導(dǎo)線之間的間距不應(yīng)增加或減少超過 0.127mm，軌道寬度不應(yīng)增加或減少超過 0.254mm。

然而，布線后的完美阻抗值和匹配只能由制造商完成。制造商需要更新，電路板需要阻抗控制，目標阻抗為差分對 90 歐姆和單端阻抗 60 歐姆。PCB的制造商將制造具有目標阻抗的PCB。