特性阻抗控制介绍

特性阻抗控制
2010.10.20
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Agenda
1. 何謂特性阻抗 2. 2 影響特性阻抗之因子 3. 特性阻抗之類型介紹 4. CITS25模組介紹及應用 5. Impedance Coupon設計 6. 特性阻抗測試及製程管制
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何謂特性阻抗
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PCB的演進
1. 1 傳統 PCB只是 個簡單的互連工具 PCB只是一個簡單的互連工具。 2. 隨著積體電路集成度提高和應用、電路的工作速度愈來愈快， 信號傳輸頻率和速度愈來愈高，PCB上的導線必須扮演高性 信號傳輸頻率和速度愈來愈高 PCB上的導線必須扮演高性 能的傳 輸線，將輸出端的信號完整，準確的傳送到接收器件 的輸入端。
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電阻 阻抗 特性阻抗
電阻
當導線中流通者是直流電流
流 路 流 路 1 2πfC 兩 兩 流 利 2πfL 率 兩
時，其所遭遇的阻力稱為電阻
兩 流 路
=
= ρ
阻抗
導線中流通者是低頻 或 的交流電流時，其 到的阻力稱為阻抗 ，符號為 ，其數值大與導線本身的電阻 及迴路的容抗與感抗 有關。 有關
=
+
−
特性阻抗
當傳輸線中傳送的是高頻 以上 的波動訊號時，其 到的阻力稱為特性 阻抗 ，符號為 。此種高頻傳輸線，導線本身的 電阻影響很小，系統中之電感及電容影響較大。
ZO = R +
L ≈ C
L C
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電阻、電容與電感 電阻 電容與電感
流 流 切 流 流流 流 力量 流 力
路 兩 路 來 流 來 路 流 流 路 流 流 不 路 量便 類
來
量 更 路 來 流量 度 流量 6

阻抗匹配
訊號線有缺點時常造成反射之雜訊與前傳之誤訊。 力 路 若 不 不良 由於元件的阻抗越高時，其傳輸速率才越高，因 由於元件的阻抗越高時 其傳輸速率才越高 因 而電路板的特性阻抗值也要隨之提高，才能與元 件相匹配。 來 量
號能量的衰減，以至接收端所得到訊號不正確， 7

影響特性阻抗之因子
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傳輸線及特性阻抗
在交流電路中之電阻，除導體之電阻外，亦受如容抗、感抗等影響， 在交流電路中之電阻 除導體之電阻外 亦受如容抗 感抗等影響 故在電路中不稱爲”電阻”，而稱爲”阻抗”。 在高頻傳輸下，將電子訊號者稱爲”特性阻抗”。影響”特性阻抗”的因 素有線路的截面積，線路與接地層之間絕綠材質的厚度以及相對容電 素有線路的截面積 線路與接地層之間絕綠材質的厚度以及相對容電 率(介電常數)等三項。
+
+
9

傳輸線定義
傳輸線：IPC-2141 3.4.4，“當信號在導線 中傳輸時，若該導線長度達到信號波長的 1/7，則該導線即應視作傳輸線”。 高頻率的信號經過導線傳輸後，其頻率降 低或時間延遲，故導線越短越好；但當導 線長度接近於元件發送的信號速度 波長 線長度接近於元件發送的信號速度（波長） 某一範圍時，元件的信號將會出現明顯 “失真”。高密度佈線，介電越薄，串擾 失真 高密度佈線 介電越薄 串擾 越小。 阻抗匹配時信號線的信號傳輸值最大。
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度 Î Î 11

度 Î Î 率 Î Î

各因子對阻抗之影響

Coated Microstrip

100.0Coated Microstrip

140Coated Microstrip

1600.0

20.040.060.080.0Z o

204060801001208

11

14

17

20

23

26

29

32

Z o

204060801001201401

4

7

10

13

16

19

22

25

Z o Width (W)

Height (H)

Er

算如下：

ο

εεε

r = 1. 累

相對容電率及傳輸速率

各種板材由低頻至高頻之相對容電率

各種板材在極高頻之相對容電率

玻纖/樹脂比與相對容電率之關係

FR-4各種板厚之相對容電率FR4各種板厚之相對容電率

NELCO高頻材料之相對容電率

介電層

1.電極間靠得越近，由於正負電荷相互吸引的關係，電極板上就會累積較多的電

荷，也就是有較大之電容。2.介電層厚度增大可以增大特性阻抗，但介電層厚不利於雜訊的消除，故線路板

設計時都儘量降低介電層厚度。3.逼薄介電層可增加Microstrip的佈線密度；且當為薄板之Stripl ine時，各種

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雜訊(Crosstalk, EMI,RFI等)均將更為減少。但相鄰兩銅面層(VCC&GND)或兩線路層(SIGNAL-SIGNAL)其絕緣層宜愈厚愈佳

度

特性阻抗類型介紹

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特性阻抗的基本類型

類 爲 狀

暴露 參

24 狀 參

特性阻抗的基本類型

狀

易 度

率 不 易 度

兩 不 度 率 率

易 Microstrip Strip line 度

度 力

25

差動阻抗類型差動阻

共模阻抗抗

量 來說 連 單模阻

偶模阻抗抗

Z =Z 26

odd Z diff /2Z comm = Z even /2