电路板关于阻抗匹配
阻抗匹配计算公式 zhihu
阻抗匹配计算公式 zhihu阻抗匹配是为了使得两个电路或设备之间的阻抗相互匹配，以达到最大功率传输或信号传输的目的。
在电路中，阻抗可以表示为复数的形式，即阻抗值与相位差。
常见的阻抗匹配公式有：1. 普通阻抗匹配公式：当源电阻/负载电阻/传输线特性阻抗与目标阻抗不匹配时，使用以下公式进行阻抗匹配。
- 对于串联匹配：RL = |ZL|，其中RL为串联电阻，即源电阻或负载电阻的阻抗值。
XL = Xs，其中XL为串联电感的阻抗值，Xs为源电阻等效电感的阻抗值。
XC = Xc，其中XC为串联电容的阻抗值，Xc为源电阻等效电容的阻抗值。
这样，源电阻/负载电阻/传输线特性阻抗可以表示为：Zs = RL + j(Xs - Xc)- 对于并联匹配：RL = |ZL|，其中RL为并联电阻，即源电阻或负载电阻的阻抗值。
XL = Xs，其中XL为并联电感的阻抗值，Xs为源电阻等效电感的阻抗值。
XC = Xc，其中XC为并联电容的阻抗值，Xc为源电阻等效电容的阻抗值。
这样，源电阻/负载电阻/传输线特性阻抗可以表示为：Zs = RL || j(Xs + Xc)2. 变压器阻抗匹配公式：当需要将源电压的阻抗匹配到负载电阻时，可以使用变压器进行阻抗匹配。
- 对于串联匹配：Ns/Np = sqrt(zL/Rs)，其中Ns为源侧绕组匝数，Np为负载侧绕组匝数，zL为负载电阻的阻抗值，Rs为源阻的阻抗值。
- 对于并联匹配：Ns/Np = sqrt(Rs/zL)，其中Ns为源侧绕组匝数，Np为负载侧绕组匝数，zL为负载电阻的阻抗值，Rs为源阻的阻抗值。
以上是阻抗匹配的常见计算公式，实际应用中还需要根据具体的电路和设备情况进行调整和优化。
电子设计中的PCB走线与阻抗匹配
在高频信号传输中，走线长度对阻抗 的影响较大。随着走线长度的增加， 信号的传输时间延长，导致阻抗减小 。
长度越短，阻抗越大
在低频信号传输中，走线长度对阻抗 的影响较小。较短的走线意味着信号 传输时间较短，因此阻抗较大。
走线材料对阻抗的影响
电导率高的材料具有较低的阻抗
材料的电导率决定了其导电性能，电导率越高，导电性能越好，阻抗越低。常 见的具有高电导率的材料包括铜、银等。
间距
间距决定了走线之间的隔离。适当的间距可以减少串扰 和电磁干扰，确保信号的完整性。
走线的方向与弯曲
方向
尽量保持走线的一致性，避免突然的转向和交叉 。垂直和水平方向的走线在传输高频信号时具有 不同的特性阻抗，需谨慎处理。
弯曲
避免90度直角弯曲，因为这可能导致信号反射和 失真。使用圆弧或更小的角度进行弯曲，以减少 信号损失和反射。
射频信号的阻抗匹配
总结词
射频信号的阻抗匹配对于信号的传输效率和质量至关重要，它能够减少信号的反射和能量损失。
详细描述
在射频信号传输中，阻抗不匹配会导致信号能量反射回源端，不仅降低了信号传输效率，还可能对其他电路产生 干扰。因此，在PCB设计中，需要对射频信号的走线进行精确计算和控制，以确保阻抗匹配。
减小信号衰减和延迟。
集成化与小型化
随着电子设备向集成化和小型化方 向发展，PCB走线和阻抗匹配技术 需要适应更紧凑的设计要求，提高 空间利用率。
智能优化算法
采用智能优化算法对PCB走线和阻 抗匹配进行自动优化，减少人工干 预和设计周期，提高设计效率。
THANKS
感谢观看
04 信号完整性分析
对PCB布局布线结果进行
信号完整性分析，确保信
关于阻抗、阻抗匹配和电容的作用
关于阻抗、阻抗匹配和电容的作用关于阻抗、阻抗匹配和电容的作用收藏1. 阻抗的概念在具有电阻、电感和电容的电路里，对交流电所起的阻碍作用叫做阻抗。
常用Z来表示，它的值由交流电的频率、电阻R、电感L、电容C相互作用来决定。
由此可见，一个具体的电路，其阻抗是随时变化的，它会随着电流频率的改变而改变。
2. 阻抗匹配的概念阻抗匹配是微波电子学里的一部分，主要用于传输线上，来达到所有高频微波信号都能传至负载的目的，不会有信号反射回来源点，从而提高能源效益。
如果不匹配有什么后果呢？如果不匹配，则会形成反射，能力传递不过去，降低效率，会在传输线上形成驻波，导致传输线的有效功率容量降低；功率发射不出去，甚至会损坏发射设备。
如果是电路板上的高速信号线与负载阻抗不匹配时，则会产生震荡，辐射干扰等。
其对整个系统的影响是非常严重的。
而在低频电路中,我们一般不考虑传输线的匹配问题,只考虑信号源跟负载之间的情况,因为低频信号的波长相对于传输线来说很长,传输线可以看成是“短线”,反射可以不考虑（因为线短,即使反射回来,跟原信号还是一样的）。
当阻抗不匹配时,有哪些办法让它匹配呢？第一,可以考虑使用变压器来做阻抗转换。
第二,可以考虑使用串联/并联电容或电感的办法,这在调试射频电路时常使用，在一般电路设计较为少用。
第三,可以考虑使用串联/并联电阻的办法，即为串联终端匹配和并联终端匹配。
下面针对第三种匹配方法做简单的介绍，1）、串联终端匹配串联终端匹配的理论出发点是在信号源端阻抗低于传输线特征阻抗的条件下，在信号端和传输线之间串接一个电阻R，使源端的输出阻抗与传输线的特征阻抗相匹配，抑制从负载端反射回来的信号发生再次反射。
串联匹配不要求信号驱动器具有很大的电流驱动能力。
串联终端匹配后的信号传输具有以下特点：A 由于串联匹配电阻的作用，驱动信号传播时以其幅度的50％向负载端传播；B 信号在负载端的反射系数接近＋1，因此反射信号的幅度接近原始信号幅度的50％。
什么是阻抗匹配？做阻抗匹配时要注意什么？
什么是阻抗匹配？做阻抗匹配时要注意什么？
阻抗匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配，得到最大功率输出
的一种工作状态。
对于不同特性的电路，匹配条件是不一样的。
在纯电阻电路中，当负载电阻等于激励源内阻时，则输出功率为最大，这
种工作状态称为匹配，否则称为失配。
当激励源内阻抗和负载阻抗含有电抗成份时，为使负载得到最大功率，负
载阻抗与内阻必须满足共扼关系，即电阻成份相等，电抗成份只数值相等而
符号相反。
这种匹配条件称为共扼匹配。
阻抗的匹配，应当从匹配的字眼着手/着眼。
这里我们说的是匹配，因此必须注意有source和load相互对应，二者缺一不可。
要注意：实际中，阻抗匹配的范围往往包括：source、load 和传输线路/电缆三个环节，当然，有时由于source和load很近，线路的问题就不必考虑了，如在PCB上，但是在高速电路的设计中，则一定要考虑并要严格遵循有关规则进行(如网络等长)才可以确保设计的成功。
这方面要很多的知识积累
和经验积累，也是设计者最能发挥的地方----对于维护人员来说，主要是消化。
除了PCB外，涉及线路方面最多的阻抗匹配问题是通讯，从论坛里的提问我们就可以看出，这方面的问题一直是层出不穷，正所谓野草烧不尽，春风吹
又生，可见每个维护人员并不比设计人员轻松，----也可以说，设计者出了问题，维护者就得招罪，如此循环，设计者的声誉就受到影响，从这里可以看。
pcb制作过程中阻抗的调整方法
pcb制作过程中阻抗的调整方法在PCB制作过程中，阻抗的调整是非常重要的一步。
阻抗是指电路中电流和电压之间的比值，是电路中的重要参数之一。
如果阻抗调整不好，就会导致信号的失真和干扰，从而影响电路的性能。
那么，在PCB制作过程中，如何进行阻抗的调整呢？下面我们来详细介绍一下。
一、了解阻抗的基本概念在进行阻抗调整之前，首先需要了解阻抗的基本概念和特性。
阻抗是指电路中电流和电压之间的比值，通常用欧姆（Ω）表示。
在PCB设计中，阻抗主要分为传输线阻抗和全局阻抗两种。
传输线阻抗是指在高速信号传输线上的阻抗，通常是50Ω或75Ω。
全局阻抗是指PCB的整体阻抗，主要是指电源、地面和信号层之间的阻抗匹配。
二、确定阻抗规格在进行阻抗调整之前，需要先确定阻抗规格。
这需要根据电路板的设计要求和信号传输的速度来确定。
一般来说，高速信号需要更严格的阻抗控制，而低速信号则可以放宽要求。
在确定阻抗规格时，需要考虑以下几个方面：1. PCB板材的介电常数和厚度；2. 信号层的线宽和线距；3. 信号层之间的层间距离；4. 电路板的尺寸和形状。
根据以上要素计算出所需的阻抗，然后设定合适的阻抗规格。
三、调整阻抗在确定阻抗规格后，就可以进行阻抗调整了。
阻抗调整的方法主要有以下几种：1. 改变PCB板材的厚度和介电常数，以达到所需要的阻抗值；2. 改变信号层的线宽和线距，以调整阻抗值；3. 增加或减少地面层的铜箔，以达到所需要的阻抗值；4. 在信号线的两侧增加贴片电容，以降低阻抗；5. 在信号线和地面层之间加入分布式电容，以降低阻抗。
需要注意的是，以上方法并不是每种情况都适用。
在具体操作时，需要根据具体情况进行选择和调整。
四、验证阻抗在进行阻抗调整后，需要进行阻抗验证。
验证阻抗的方法主要有两种：1. 使用阻抗测试仪进行测试，以检查阻抗是否符合设计要求；2. 在实际测试中，通过观察信号波形和频谱图等方法来验证阻抗。
需要注意的是，阻抗的验证需要在PCB制作过程中的不同阶段进行，以确保阻抗的准确性和稳定性。
什么是阻抗？什么是阻抗匹配？为什么要阻抗匹配？
什么是阻抗？什么是阻抗匹配？为什么要阻抗匹配？什么是阻抗？具有电阻、电感和电容的电路里，对交流电所起的阻碍作用叫做阻抗。
阻抗常用Z表示。
阻抗由电阻、感抗和容抗三者组成，但不是三者简单相加。
如果三者是串联的，又知道交流电的频率f、电阻R、电感L和电容C，那么串联电路的阻抗阻抗的单位是欧。
对于一个具体电路，阻抗不是不变的，而是随着频率变化而变化。
在电阻、电感和电容串联电路中，电路的阻抗一般来说比电阻大。
也就是阻抗减小到最小值。
在电感和电容并联电路中，谐振的时候阻抗增加到最大值，这和串联电路相反。
阻抗匹配在高频设计中是一个常用的概念，这篇文章对这个“阻抗匹配”进行了比较好的解析。
回答了什么是阻抗匹配。
阻抗匹配（Impedance matching）是微波电子学里的一部分，主要用于传输线上，来达至所有高频的微波信号皆能传至负载点的目的，不会有信号反射回来源点，从而提升能源效益。
大体上，阻抗匹配有两种，一种是透过改变阻抗力（lumped-circuit matching），另一种则是调整传输线的波长（transmission line matching）。
要匹配一组线路，首先把负载点的阻抗值，除以传输线的特性阻抗值来归一化，然后把数值划在史密夫图表上。
改变阻抗力把电容或电感与负载串联起来，即可增加或减少负载的阻抗值，在图表上的点会沿著代表实数电阻的圆圈走动。
如果把电容或电感接地，首先图表上的点会以图中心旋转180度，然后才沿电阻圈走动，再沿中心旋转180度。
重覆以上方法直至电阻值变成1，即可直接把阻抗力变为零完成匹配。
调整传输线由负载点至来源点加长传输线，在图表上的圆点会沿著图中心以逆时针方向走动，直至走到电阻值为1的圆圈上，即可加电容或电感把阻抗力调整为零，完成匹配。
阻抗匹配则传输功率大，对于一个电源来讲，单它的内阻等于负载时，输出功率最大，此时阻抗匹配。
最大功率传输定理，如果是高频的话，就是无反射波。
PCB阻抗设计准则
PCB阻抗设计准则PCB（Printed Circuit Board，印刷电路板）阻抗设计准则是在设计和制造PCB时确保信号传输的准确性和稳定性的指导原则。
阻抗是电路中电流和电压之间的相对关系，它对信号传输速度、数据完整性和抗干扰能力等方面都具有重要影响。
因此，PCB阻抗设计准则是确保PCB可靠性和性能的关键。
以下是一些常见的PCB阻抗设计准则：1.选择合适的传输线构造：在PCB设计中，常见的传输线类型有微带线、同轴线和双向线等。
根据实际应用需求和信号特性，选择合适的传输线类型和线宽。
2.控制传输线的几何尺寸：传输线的宽度、间距和厚度等几何参数直接影响阻抗。
因此，在设计过程中要按照设计要求和信号特性控制好传输线的几何尺寸。
3.选择合适的介质常数：介质常数是PCB设计中很重要的一个参数，它对传输线的阻抗有很大影响。
选择合适的介质常数可确保传输线阻抗的一致性和稳定性。
4.控制传输线长度：传输线的长度也会对阻抗产生影响。
阻抗是随着长度的变化而变化的，因此在PCB设计中要控制好传输线的长度。
5.使用阻抗控制工具：PCB设计软件通常会提供阻抗控制工具，可以帮助设计师快速计算和控制传输线的阻抗。
合理使用这些工具可以提高设计效率和准确性。
6.注意信号层之间的阻抗匹配：在多层PCB中，不同信号层之间的阻抗匹配也是非常重要的。
在设计过程中要注意信号层之间对阻抗的影响，通过适当的层堆叠和电气连接方式来实现阻抗匹配。
7.确保良好的地与电源连接：地和电源连接是PCB设计中另一个关键问题。
良好的地和电源连接可以减小共模干扰和电源噪音，从而提高信号质量和阻抗匹配。
8.进行阻抗测试和验证：在PCB制造完成后，进行阻抗测试和验证是非常重要的。
通过测量实际的阻抗值和预期的阻抗值进行对比，可以确保PCB的阻抗设计是准确和可靠的。
综上所述，PCB阻抗设计准则是确保PCB可靠性和性能的关键。
合理控制传输线的几何尺寸、选择合适的介质常数、控制传输线长度等都是保证阻抗的一致性和稳定性的重要因素。
常见的阻抗匹配方式
常见的阻抗匹配方式1、串联终端匹配在信号源阻抗低于传输线特征阻抗的条件下，在信号的源端和传输线之间接一个电阻R，使源端的输出阻抗与传输线的特征阻抗相匹配，抑制从负载端反射回来的信号发生再次反射。
匹配电阻选择原则，匹配电阻值与驱动器的输出阻抗之和等于传输线的特征阻抗，常见的COMS和TTL驱动器，其输出阻抗会随信号的电平大小变化而变化。
因此，对TTL或CMOS电路来说，不可能有十分正确的匹配电阻，只能这种考虑。
链状拓扑结构的信号王不适合使用串联终端匹配，所有负责必须接到传输线的末端。
串联匹配是最常用的终端匹配方法。
它的优点是功耗小，不会给驱动器带来额外的直流负载，也不会在信号和地之间引入额外的阻抗，而且只需要一个电阻元件。
常见应用：一般的CMOS、TTL电路的阻抗匹配。
USB信号也采样这种方法做阻抗匹配。
2、并联终端匹配在信号源端阻抗很小的情况下，通过增加并联电阻使负载端输入阻抗与传输线的特征阻抗相匹配，达到消除负载端反射的目的。
实现形式分为单电阻和双电阻两种形式。
匹配电阻选择原则：在芯片的输入阻抗很高的情况下，对单电阻形式来说，负载端的并联电阻值必须与传输线的特征阻抗相近或相等;对双电阻形式来说，每个并联电阻值为传输线特征阻抗的两倍。
并联终端匹配优点是简单易行，而易见的缺点是会带来直流损耗：单电阻方式的直流功耗与信号的占空比紧密相关；双电阻方式则无论信号是高电平还是低电平都有直流功耗，但电流比单电阻方式少一半。
常见应用：以高速信号应用较多（1） DDR、DDR2等SSTL驱动器。
采用单电阻形式，并联到VTT（一般为IOVDD的一半）。
其中DDR2数据信号的并联匹配电阻使内置在芯片中的。
（2）TMDS等高速串行数据接口。
采用单电阻形式，在接受设备端并联到IOVDD，单端阻抗为50欧姆（差分对间为100欧姆）。
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一.阻抗匹配的研究
在高速的设计中，阻抗的匹配与否关系到信号的质量优劣。
阻抗匹配的技术可以说是丰富多样，但是在具体的系统中怎样才能比较合理的应用，需要衡量多个方面的因素。
例如我们在系统中设计中，很多采用的都是源段的串连匹配。
对于什么情况下需要匹配，采用什么方式的匹配，为什么采用这种方式。
例如：差分的匹配多数采用终端的匹配；时钟采用源段匹配；
1、串联终端匹配
串联终端匹配的理论出发点是在信号源端阻抗低于传输线特征阻抗的条件下，在信号的源端和传输线之间串接一个电阻R，使源端的输出阻抗与传输线的特征阻抗相匹配，抑制从负载端反射回来的信号发生再次反射.
串联终端匹配后的信号传输具有以下特点：
A 由于串联匹配电阻的作用，驱动信号传播时以其幅度的50％向负载端传播；
B 信号在负载端的反射系数接近＋1，因此反射信号的幅度接近原始信号幅度的50％。
C 反射信号与源端传播的信号叠加，使负载端接受到的信号与原始信号的幅度近似相同；
D 负载端反射信号向源端传播，到达源端后被匹配电阻吸收；？
E 反射信号到达源端后，源端驱动电流降为0，直到下一次信号传输。
相对并联匹配来说，串联匹配不要求信号驱动器具有很大的电流驱动能力。
选择串联终端匹配电阻值的原则很简单，就是要求匹配电阻值与驱动器的输出阻抗之和与传输线的特征阻抗相等。
理想的信号驱动器的输出阻抗为零，实际的驱动器总是有比较小的输出阻抗，而且在信号的电平发生变化时，输出阻抗可能不同。
比如电源电压为＋4.5V的CMOS驱动器，在低电平时典型的输出阻抗为37Ω，在高电平时典型的输出阻抗为45Ω[4]；TTL驱动器和CMOS驱动一样，其输出阻抗会随信号的电平大小变化而变化。
因此，对TTL或CMOS电路来说，不可能有十分正确的匹配电阻，只能折中考虑。
链状拓扑结构的信号网路不适合使用串联终端匹配，所有的负载必须接到传输线的末端。
否则，接到传输线中间的负载接受到的波形就会象图3.2.5中C点的电压波形一样。
可以看出，有一段时间负载端信号幅度为原始信号幅度的一半。
显然这时候信号处在不定逻辑状态，信号的噪声容限很低。
串联匹配是最常用的终端匹配方法。
它的优点是功耗小，不会给驱动器带来额外的直流负载，也不会在信号和地之间引入额外的阻抗；而且只需要一个电阻元件。
2、并联终端匹配
并联终端匹配的理论出发点是在信号源端阻抗很小的情况下，通过增加并联电阻使负载端输入阻抗与传输线的特征阻抗相匹配，达到消除负载端反射的目的。
实现形式分为单电阻和双电阻两种形式。
并联终端匹配后的信号传输具有以下特点：
A 驱动信号近似以满幅度沿传输线传播；
B 所有的反射都被匹配电阻吸收；
C 负载端接受到的信号幅度与源端发送的信号幅度近似相同。
在实际的电路系统中，芯片的输入阻抗很高，因此对单电阻形式来说，负载端的并联电阻值必须与传输线的特征阻抗相近或相等。
假定传输线的特征阻抗为50Ω，则R值为50Ω。
如果信号的高电平为5V，则信号的静态电流将达到100mA。
由于典型的TTL或CMOS电路的驱动能力很小，这种单电阻的并联匹配方式很少出现在这些电路中。
双电阻形式的并联匹配，也被称作戴维南终端匹配，要求的电流驱动能力比单电阻形式小。
这是因为两电阻的并联值与传输线的特征阻抗相匹配，每个电阻都比传输线的特征阻抗大。
考虑到芯片的驱动能力，两个电阻值的选择必须遵循三个原则：
⑴．两电阻的并联值与传输线的特征阻抗相等；
⑵．与电源连接的电阻值不能太小，以免信号为低电平时驱动电流过大；
⑶．与地连接的电阻值不能太小，以免信号为高电平时驱动电流过大。
并联终端匹配优点是简单易行；显而易见的缺点是会带来直流功耗：单电阻方式的直流功耗与信号的占空比紧密相关？；双电阻方式则无论信号是高电平还是低电平都有直流功耗。
因而不适用于电池供电系统等对功耗要求高的系统。
另外，单电阻方式由于驱动能力问题在一般的TTL、CMOS系统中没有应用，而双电阻方式需要两个元件，这就对PCB的板面积提出了要求，因此不适合用于高密度印刷电路板。
当然还有：AC终端匹配；基于二极管的电压钳位等匹配方式。
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