阻抗匹配与阻抗线线宽设置_1129

一、阻抗匹配概念

定义:

1、指信号源或者传输线跟负载之间的一种合适的搭配方式；阻抗匹配分为低频和高频两种情况讨论。

2、阻抗匹配（Impedance matching）是微波电子学里的一部分，主要用于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，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。

我们以下例（软管送水浇花）来感性认识一下阻抗匹配的功用

A、一端于手握处加压使其射出水柱，另一端接在水龙头，。当握管处所施压的力道恰好，而让水柱的射程正确洒落在目标区.如下图所示：

B、然而一旦用力过度水注射程太远，不但腾空越过目标浪费水资源。也有可能因强力水压无处宣泄，以致往来源反弹造成软管自龙头上的挣脱(阻抗太高)；如下图所示：

C、反之，当握处之挤压不足以致射程太近者，则照样得不到想要的结果。(阻抗太低)，如下图所示；唯有拿捏恰到好处才能符合实际需求的距离。(阻抗匹配)

二、PCB走线的阻抗匹配与阻抗控制

（1）定义

阻抗匹配是电路学里的重要议题，也是射频微波电路的重点。一般的传输线都是一端接电源，另一端接负载，此负载可能是天线或任何具有等效阻抗ZL的电路。传输线阻抗和负载阻抗达到匹配的定义，简单说就是：Z0=ZL。在阻抗匹配的环境中，负载端是不会反射电波的，换句话说，电磁能量完全被负载吸收。因为传输线的主要功能就是传输能量和传送电子讯号或数字数据，一个阻抗匹配的负载和电路网络，将可确保传输到最终负载的电磁能量值能达到最大量。 （2）PCB走线作阻抗控制的原因

1：针对目前高频高速的要求，及对信号失真状况越来越高的要求，在设计PCB时方波信号在多层板讯号线中，其特性阻抗值必须要和电子元件的内置电子阻抗相匹配，才能保证信号的完整的传输。

2：当特性阻抗值超出公差时，所传讯号的能量将出现反射、散失、衰减或延误等劣化现象，严重时会出现错误讯号。

3：由于元件的电子阻抗越高，其传输速率越快。总之，是为了配合电子元器件的电子阻抗，避免信号传输时失真的现象，所以要控制阻抗。

(3)、决定阻抗控制大小的因素，主要包括以下几个方面：

1、W-----线宽/线与地平面间距

2、H----绝缘介质厚度

3、T------铜厚

4、H1---绿油厚

5、Er-----介电常数

6、参考地平面层

射频信号在多层板传输线（Transmission Line，是由信号线、介质层、及接地层三者所共同组成）中所进行的快速传送；如下图所示：

三、PCB阻抗控制线计算概述

对于常见的FR4 板材的 PCB 板上， 对于微带线，线宽 W 是介质厚度 h的2 倍。对于带状线，线条两侧介质总厚度b 是线宽 W 的两倍(估算法)；精确计算公式分别如下所示：

--微带线计算公式(其阻抗值与线宽（w）、线厚（t）、介质厚度（h）与介质常数（Dk）等参数有关)

--带状线计算公式：

由以上公式可得知：

A、阻抗值与介电层厚度成正比：可以理解为绝缘厚度越厚，信号穿过其和接地层形成回路所遇到的阻力越大，所以阻抗值越大

B、阻抗值与线宽成反比：可以理解为其他条件都相同的情况下，表面积增大则相对单位面积所遇到的阻力减小，所以阻抗减小。

C、阻抗值且与介电常数成反比:

D、阻抗值与铜厚成反比：

--具体板厂会依据我们所要求的阻抗值及板厚与工艺要求来通过阻抗分析仪（CIT25）来仿真计算对应的阻抗值；描述如下：

（1）微带线Microstrip Line：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；分别如下图所示：

（2） 、带状线Strip Line：在绝缘层的中间，有两个参考平面。如下图所示：

（3）、阻抗线的阻抗主要由阻抗线线宽、板厚、阻抗线与参考地平面距离、板厂层叠构来定；T为铜厚(内层铜厚一般为1.4MIL,TOP层和BOTTOM层铜厚一般为2.0mil,),介质(FR-4)Er一般为4.3mil或4.0mil；下面提供以下几种叠构及对应的阻抗线线宽供大家参考：

1、六层盲埋孔板：

A、将L6参考L5层阻抗线线宽可调至4.6mil，以满足50ohm+/-10%的阻值；

B、将L3参考L2&L4层阻抗线线宽可调至4.3mil，以满足50ohm+/-10%的阻值；

“T”=5/12oz； “H”=1/2oz

“MR”是指PP含胶量高低，M即middle.

1OZ的铜厚是指将重1OZ的铜均匀铺在1inch的面积上的厚度，1oZ约1.4mil 2、六层盲埋孔板：

A、L3层参考L2&L4层可调整为4.8mil 控制50+/-5ohm

B、L1层参考L2层可调整为4.5mil 控制50+/-5ohm

C、L6层参考L5层可调整为4.5mil 控制50+/-5ohm

3、四层盲埋孔板：

A、L1参考L2层阻抗线调整为4.5mil，控制50+/-5ohm阻抗

B、L2参考L1&L3层阻抗线调整为3.9mil，控制50+/-5ohm阻抗。

4、四层通孔板（板厚：0.8+-0.1mm）

A、L4层参考L3层阻值为50欧姆，阻抗线调整为4.7mil

B、L2层参考L1&L3层阻抗线调整为4mil，阻值为48+/-5欧姆；

C、L3层参考L2&L4层阻抗线调整为4mil，阻值为48+/-5欧姆

5、四层通孔板（板厚：0.8+-0.1mm）

外层阻抗线调整为8mil达到阻值50欧姆+/-10%,

内层阻抗线调整为4mil, 达到阻值50欧姆+/-10%.

6、六层盲埋孔板（板厚：1.2+-0.1mm）