PCB线路阻抗的特性及测试方法

PCB线路阻抗的特性及测试方法

1.线路的阻抗

对电池来说，当信号沿着传输线传播，并且每隔0.01纳秒对连续0.06英寸传输线段进行充电。从电源获得恒定的电流时，传输线看起来像一个阻抗器，并且它的阻抗值恒定，这可称为传输线路的“浪涌”阻抗(surge impedance)。

同样地，当信号沿着线路传播时，在下一步之前，0.01纳秒之内，哪一种电流能把这一步的电压提高到1伏特?这就涉及到瞬时阻抗的概念。

从电池的角度看时，如果信号以一种稳定的速度沿着传输线传播，并且传输线具有相同的横截面，那么在0.01纳秒中每前进一步需要相同的电荷量，以产生相同的信号电压。

当沿着这条线前进时，会产生同样的瞬时阻抗，这被视为传输线的一种特性，被称为特性阻抗。如果信号在传递过程的每一步的特性阻抗相同，那么该传输线可认为是可控阻抗传输线。

瞬时阻抗或特性阻抗，对信号传递质量而言非常重要。在传递过程中，如果下一步的阻抗和上一步的阻抗相等，工作可顺利进行，但若阻抗发生变化，那会出现一些问题。

为了达到最佳信号质量，内部连接的设计目标是在信号传递过程中尽量保持阻抗稳定，首先必须保持传输线特性阻抗的稳定，因此，可控阻抗板的生产变得越来越重要。另外，其它的方法如余线长度最短化、末端去除和整线使用，也用来保持信号传递中瞬时阻抗的稳定。

2.特性阻抗的计算

简单的特性阻抗模型：Z=V/I，Z代表信号传递过程中每一步的阻抗，V代表信号进入传输线时的电压，I代表电流。I=±Q/±t，Q代表电量，t代表每一步的时间。

电量(来源于电池)：±Q=±C×V，C代表电容，V代表电压。电容可以用传输线单位长度容量CL和信号传递速度v来推导。单位引脚的长度值当作速度，再乘以每步所需时间t，则得到公式：±C=CL×v×(±)t.综合以上各项，我们可以得出特性阻抗：Z=V/I=V/(±Q/±t)=V/(±C ×V/±t)=V/(CL×v×(±)t×V/±t)=1/(CL×v)

可以看出，特性阻抗跟传输线单位长度容量和信号传递速度有关。为了区别特性阻抗和实际阻抗Z，我们在Z后面加上0.传输线特性阻抗为：Z0=1/(CL×v)

如果传输线单位长度容量和信号传递速度保持不变，那么传输线特性阻抗也保持不变。这个简单的说明能将电容常识和新发现的特性阻抗理论联系在一起。如果增加传输线单位长度容量，例如加粗传输线，可降低传输线特性阻抗。

3.特性阻抗的测量

当电池和传输线连接时(假如当时阻抗为50欧姆)，将欧姆表连接在3英尺长的RG58光缆上，这时如何测无穷阻抗呢?任何传输线的阻抗都和时间有关。如果你在比光缆反射更短的时间里测量光缆的阻抗，你测量到的是“浪涌”阻抗，或特性阻抗。但是如果等待足够长的时间直到能量反射回来并接收后，经测量可发现阻抗有变化。一般来说，阻抗值上下反弹后会达到一个稳定的极限值。

对于3英尺长的光缆，必须在3纳秒内完成阻抗的测量。TDR(时间域反射仪)能做到这一点，它可以测量传输线的动态阻抗。如果在1秒钟内测量3英尺光缆的阻抗，信号会来回反射数百万次，因此会得到不同的“浪涌”阻抗。