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        常見問題

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        PCB設計為什么需要控阻抗?不控阻抗對我們的電路有什么影響?
        2023-09-14
        瀏覽次數:1596
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        高速PCB設計是為什么需要控阻抗呢,哪些信號需要控阻抗以及不控阻抗對我們的電路有什么影響呢?阻抗匹配,主要用于傳輸線上,以此來達到所有高頻的微波信號均能傳遞至負載點的目的,且不再有信號反射回來源點,使我們傳輸線的輸入段與輸出端處于阻抗匹配狀態,簡稱為阻抗匹配。阻抗類型有五種:

        PCB阻抗

        特性阻抗

        在計算機,無線通訊等電子信息產品中, 高速PCB板的線路中傳輸的能量, 是一種由電壓與時間所構成的方形波信號,它所遭遇的阻力則稱為特性阻抗。


        差動阻抗

        驅動端輸入極性相反的兩個同樣信號波形,分別由兩根差動線傳送,在接收端這兩個差動信號相減。差動阻抗就是兩線之間的阻抗。


        奇模阻抗

        兩線中一線對地的阻抗Zoo,兩線阻抗值是一致。


        偶模阻抗

        驅動端輸入極性相同的兩個同樣信號波形, 將兩線連在一起時的阻抗Zcom。


        共模阻抗

        兩線中一線對地的阻抗Zoe,兩線阻抗值是一致,通常比奇模阻抗大。


        為什么要做阻抗匹配?

        在低速的PCB設計當中可以不做阻抗匹配,但是在高速PCB設計中要得到完整、可靠、精確、無干擾、噪音的傳輸信號。就必須保證印刷電路板提供的電路性能保證信號在傳輸過程中不發生反射現象,信號完整,傳輸損耗低,起到匹配阻抗的作用,若關鍵的信號沒有達到阻抗匹配,可能會導致信號的反射 反彈損耗等,原本良好的信號波形會變形,這將會直接影響到我們的電路的性能甚至功能。那么影響阻抗的因素有哪些?


        Er-介電常數:

        不同板材的介電常數也有區別。目前的常見的板材有紙基板(俗稱紙板,膠板,V0板,阻燃板等等)環氧玻纖布基板(俗稱:環氧板,玻纖板,纖維板,FR4)復合基板(俗稱:粉板等,cem-1板材某些地方也叫22F),目前大多數板料選用FR-4,該種材料的介電常數特性為隨著加載頻率的不同而變化,在使用頻率為1GHZ以下的其介電常數為4.2左右,1.5-2.0GHZ的使用頻率下會略有下降,所以在我們實際應用需要注意產品的使用頻率。


        H-介質厚度:

        該因素對阻抗控制的影響最大,如對阻抗的精確度要求很高,所以這部分的設計應力求精準,FR-4介質厚度的組成是由各種半固化片組合而成的通常我們的介質又分為內層芯板的介質厚度和多層板中壓合的介質厚度。


        W-走線寬度:

        在我們設計當中不同的線寬對我們的阻抗也會有影響,通常會根據實際情況對阻抗進行分析計算,從而得到合適的線寬。


        T-走線厚度:

        通常減小線厚可以增大阻抗,增大線厚可以減小阻抗。


        PCB線路板為什么要做阻抗?

        PCB線路板阻抗是指電阻和對電抗的參數,對交流電所起著阻礙作用。在PCB線路板生產中,阻抗處理是必不可少的。原因如下:


        1、PCB線路(板底)要考慮接插安裝電子元件,接插后考慮導電性能和信號傳輸性能等問題,所以就會要求阻抗越低越好。

        2、PCB線路板在生產過程中要經歷沉銅、電鍍錫(或化學鍍,或熱噴錫)、接插件焊錫等工藝制作環節,而這些環節所用的材料都必須保證電阻率低,才能保證線路板的整體阻抗達到產品質量要求,并能正常運行。

        3、PCB線路板的鍍錫是整個線路板制作中最容易出現問題的地方,是影響阻抗的關鍵環節?;瘜W鍍錫層最大的缺陷就是易變色既易氧化或潮解、釬焊性差,會導致線路板難焊接、阻抗過高導致導電性能差或整板性能的不穩定。

        4、PCB線路板中的導體中會有各種信號傳遞。為提高其傳輸速率而必須提高其頻率時,線路本身如果因蝕刻、疊層厚度、導線寬度等因素不同,將會造成阻抗值的變化,使其信號失真,導致線路板使用性能下降,所以就需要控制阻抗值在一定范圍內。


        阻抗對于PCB電路板的意義

        化學鍍錫層最致命的弱點就是易變色(即易氧化或潮解)、釬焊性差導致難焊接、阻抗過高導致導電性能差或整板性能的不穩定、易長錫須,導致PCB線路短路以至燒毀或著火事件。


        因為PCB線路板的主體線路是銅箔,在銅箔的焊點上就是鍍錫層,而電子元件就是通過焊錫膏(或焊錫線)焊接在鍍錫層上面的。


        事實上,焊錫膏在融熔狀態焊接到電子元件和錫鍍層之間的是金屬錫即導電良好的金屬單質,所以可以簡單扼要地指出,電子元件是通過錫鍍層再與高速PCB底的銅箔連接的,所以錫鍍層的純潔性及其阻抗是關鍵。


        未有接插電子元件之前,我們直接用儀器去檢測阻抗時,其實儀器探頭(或稱為表筆)兩端也是通過先接觸PCB板底的銅箔表面的錫鍍層,再與PCB板底的銅箔來連通電流的,所以錫鍍層是關鍵。它是影響阻抗的關鍵和影響PCB整板性能的關鍵,也是易于被忽略的關鍵。


        除金屬單質外,其化合物均是電的不良導體或甚至不導電的這也是造成線路中存在分布容量或傳布容量的關鍵,所以錫鍍層中存在這種似導電而非導電的錫的化合物或混合物時,其現成電阻率或未來氧化、受潮所發生電解反應后的電阻率及其相應的阻抗是相當高的,足以影響數字電路中的電平或信號傳輸,而且其特征阻抗也不相一致。所以會影響該線路板及其整機的性能。


        總的來說PCB板底上的鍍層物質和性能是影響PCB整板特征阻抗的最主要原因和最直接的原因,但又由于其具有隨著鍍層老化及受潮電解的變化性,所以其阻抗產生的憂患影響變得更加隱性和多變性。 其隱蔽的主要原因在于:第一不能被肉眼所見包括其變化,第二不能被恒常測得,因為其有隨著時間和環境濕度的改變而變的特性,所以易被人忽略。愛彼電路(iPcb?)是專業高精密PCB電路板研發生產廠家,可批量生產4-46層pcb板,電路板,線路板,高頻板,高速板,HDI板,pcb線路板,高頻高速板,雙面,多層線路板,hdi電路板,混壓電路板,高頻電路板,軟硬結合板等


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