阻抗教程

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差分阻抗
为了克服反射，在每根差分线上加的终端匹配电 阻应为奇模阻抗Zodd，而不是Zo。在一般的差 分信号的应用中，为了避免引入来自地的噪音， 也有采用一个阻值为2倍Zodd的电阻跨在差分对 上的匹配方式，这个电阻就是差分电阻，它的值 应为奇模阻抗的二倍。 Zdiff = 2×Zodd
阻抗需要和板厂进行沟通合作。 且不可闭门造车。
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反射
产生的原因：电磁波沿信号路径传播，在阻 抗不连续点产生反射
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反射的影响
反射的结果对模拟信号是形成驻波，对数字信号 则表现为信号的振铃，破坏信号的完整性。一般 的信号传输主要有：信号源阻抗（Rs）、传输 线特性阻抗（Z0）、负载阻抗（Rl）三部分。
对称带状线
地平面 导线 介质 地平面
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←w→
↓ t↑ h ↑ ↓
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几种PCB设计常用的传输线结构 （四）
不对称带状线
地平面 导线 介质 地平面
← w→
↓ h t h1 ↑
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几种PCB设计常用的传输线结构 （五）
微带线边对边耦合
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串扰的控制
选择慢变化边沿信号的器件，选择输出电流小的器件。 为了减少PCB上的线间耦合，可采取以下措施： 1） 减少电源地层与信号层间距 2）提高相邻信号层间距 3）减少并行走线长度 4）当线长增加到一定限度时串扰饱和，可增加线间距抑制 5）地线隔离 6）在受害线上采用匹配技术 7）关键信号线走STRIPLINE 把噪声裕量大的信号放在耦合大的区域。 尽量避免信号的同时变化，特别是反向同步变化。
匹配电阻在负载端连接到电源或地， 优点：和串联匹配相比只有一半的容性延迟。 缺点：增加了直流功耗；输出摆幅不再是全摆幅。 改进方式是thevenin等效匹配，对TTL 3V 偏置的匹配 R1/R2=2/3； R1||R2=Z0。交流并联匹配是通过牺牲信号质量来 换取直流功耗的减小。
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问题和讨论
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小问题！
高速和高频区别？ 阻抗的计算和哪些因素有关？ UltraCAD软件
47ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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2、哪些因素对阻抗有影响？
走线类型、介质厚度、线宽、线间距、介质材料等都 对阻抗有贡献，需要综合考虑这些影响。
3、阻抗控制是进行高速设计的第一步和最重要 的一步。
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阻抗的控制
PCB的绿油对阻抗的影响： 一般来说，绿油会减少PCB走线的阻抗。单线会 减少3－8欧，差分会减少5－8欧。
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串扰与耦合机理
感性串扰的特点：
受害网络与侵害网络之间互感的影响象一个变压器，侵害网络上的 电流在受害网络上诱导出与侵害电流相反极性的电流。 受害网络向远端和近端流动的电流的相位相同，且信号跳变方向与 侵害网络相反。
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串扰与耦合
当两个网络靠近时，一个网络的电流变化会引起另外一 个网络的电流变化，即产生串扰。也就是两个网络之间 的电磁场耦合产生。串扰只在上升、下降沿电流变化时 产生。
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串扰与耦合机理
串扰模型：电感耦合模型（感性串扰）和电容 耦合模型（容性串扰）。
0.60 始端电压
0.84
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匹配
高速电路设计中为消除传输线的负面影响，通过 外加的电路来达到阻抗的连续. 原则就是： 在传输线终端采用终端匹配的方法来消除反射。 在传输线源端采用源端匹配的方法来消除二次反 射。
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常见匹配方法 串联端接匹配
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常见匹配方法（续） AC匹配（RC匹配）
优点：在于终端电容阻止直流电流，因此节省了相当可观的功 率。选择适当的电容值会使得终端的波形具有 最小的过冲和下冲 并且是一个接近理想的方波。 缺点：一是要求了两个器件，在高密板时布局时无放置空间；二 是在传输线上的数据会有时间的抖动，依赖于前一个数据的模式
信号
RS ∽
二次反射 Z0
反射
RL
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PCB上阻抗不连续的体现
1、不同布线层阻抗不一样 2、T型连接 3、过孔 4、线宽的变化 5、器件的输入输出阻抗，封装寄生参数 6、SMD和PCB加工工艺（有无绿油，焊锡厚度， 补线等）
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反射计算
反射系数：
Zc Z l 反射系数 I = + ρ = Zc + Zl
Zl表示终端处的负载阻抗，Zc是传输线的特性阻抗
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反射的计算：
Zo Zs ZL
源端反射系数： (Zs-Zo)/(Zs+Zo)
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末端反射系数： (ZL-Zo)/(ZL+Zo)
← w→
地平面 导线 介质 地平面
↓ h
t
h1
h
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几种PCB设计常用的传输线结构 （八）
不对称上下耦合
s ← w→
地平面 导线 介质 地平面
↓ t h1 h
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阻抗的控制
1、为什么要进行阻抗控制？
阻抗匹配不但可以消除信号的反射，还可以降低 串扰、EMI问题的发生。而阻抗匹配的前提是良好的 阻抗控制。
Rs=60 1v k Kvi=-1/5 Zo=90 Kvo=1/2 R=270 Kvi Ve=0.60 Vf1=0.30 0.82 Vf2=-0.06 Vf3=-0.03 0.90 0.81 终端电压 t 始端和终端阻抗都不匹配（R>Zo）的波形 传输电压反射示意图 0.82 t Vf4=0.006 Kvo
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反射分析－ZL为无限大
U 2E E 0 A 反射前 i 2I I 0 A 反射前 B 反射后 A
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B
反射后
A
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反射分析－ZL为0
U 2E E 0 A 反射前 i 2I I 0 A 反射前 B 反射后 A B 反射后 A
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导线 介质 地平面
← w→
s
← w→
↓ t ↑ h ↓
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几种PCB设计常用的传输线结构 （六）
带状线边对边耦合
← w→
s
←w→
地平面 导线 介质 地平面
↓ t↑ h ↑ ↓
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几种PCB设计常用的传输线结构 （七）
对称上下耦合
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常见匹配方法（续） 二极管端接匹配
在接受端放置肖特基二极管到电源或地 优点：二极管限制了过冲（小于或等于1V）；二极管可以集成在 每一个接受器的芯片内部；不需要直流通路来消耗直流功耗。 缺点：二极管匹配的缺 点之一就是在线路上存在 多径反射而影响到下一个数 据的开始，因此需要在变化 频率下校对二极管的响应。
串扰与耦合机理
容性串扰的特点：
受害网络向远端和近端流动的电流的相位相反，向远端传播的电流 与侵害网络的跳变方向一致。
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串扰与耦合机理 危害：
波形畸变 噪声余量减少 上升时间变化 。。。。。。
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影响串扰的因素
信号的跃变时间（Tr ,Tf)与频率 器件的电压扇出 PCB上的线耦合 电源、地层与信号层间距 相邻信号层间距 线间距与并行走线长度 回流耦合路径 PCB材料 信号的耦合模式
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反射分析实例
假设信号源内阻为Rs=60欧，传输线波阻抗 Z0=90欧，传输线终端电阻R=270欧。 当信号源单独和波阻抗Z0=90欧的传输线串联 时，电压值必定是Z0两端的电压，即 Ve=Vs*Z0/（Rs+Z0）=0.60V
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反射分析实例
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理想传输线
理想的传输线由两部分导体组成，导体的电 阻为零，无限延伸并均匀分布在横截面 中。
三种特性：
无限长； 信号在传输中不会变形； 信号在传输中不会衰减。
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怎样区分传输线
线足够的长使得信号在到达线的末端之前能够改 变它的逻辑电平. 当信号的上升时间小于6倍（一说4倍）信号传输 延时（电长度）时即认为信号是高速信号。 高速主要是看信号边沿和传输延时的比拟关系.