阻抗基礎(chǔ)培訓(xùn)

阻抗基礎(chǔ)培訓(xùn)1了解阻抗的前提注意：當(dāng)電流流動(dòng)時(shí)其磁場(chǎng)就產(chǎn)生當(dāng)有電壓時(shí)靜電場(chǎng)就產(chǎn)生2特性阻抗定義何謂“特性阻抗值Ω”(CharacteristicImpedance,ZO)電子機(jī)器傳輸訊號(hào)線中,其高頻訊號(hào)或電磁波傳播時(shí)所遭遇的阻力稱之為特性阻抗(電阻抗,電容抗,電感抗的綜合作用),減而言之,即用來(lái)評(píng)估線路的均勻性,介質(zhì)層厚度的均勻性).與其電感及電容都有關(guān)系,即3特性阻抗原由目的:保證板面?zhèn)鬏斁€在高頻傳輸?shù)摹疤匦宰杩埂迸c零件本身的“輸出阻抗”之間的匹配,減少能量散失,而差動(dòng)阻抗控制則可以通過(guò)平行線傳輸信號(hào)的差動(dòng)計(jì)算,消除干擾信號(hào)“信號(hào)振盪”,而對(duì)零件產(chǎn)生“錯(cuò)誤觸發(fā)”的信號(hào)失真雜訊傳播延誤，(V=C/Er,介質(zhì)層對(duì)高頻訊號(hào)的能量散失)4特性阻抗原由當(dāng)A組件經(jīng)由板面線路向B發(fā)出訊號(hào),若該訊號(hào)線的線寬不均,造成特性阻抗值上起伏變化時(shí),則訊號(hào)的部分能量會(huì)反彈回A中去5阻抗匹配阻抗匹配(Impedancematching)是微波電子學(xué)里的一部分，主要用于傳輸線上，來(lái)達(dá)至所有高頻的微波信號(hào)皆能傳至負(fù)載點(diǎn)的目的，不會(huì)有信號(hào)反射回來(lái)源點(diǎn)，從而提升能源效益。6將訊號(hào)的傳輸看成軟管送水澆花

數(shù)字系統(tǒng)之多層板訊號(hào)線（SignalLine）中，當(dāng)出現(xiàn)方波訊號(hào)的傳輸時(shí)，可將之假想成為軟管（hose）送水澆花。一端于手握處加壓使其射出水柱，另一端接在水龍頭。當(dāng)握管處所施壓的力道恰好，而讓水柱的射程正確灑落在目標(biāo)區(qū).7將訊號(hào)的傳輸看成軟管送水澆花

然而一旦用力過(guò)度水注射程太遠(yuǎn)，不但騰空越過(guò)目標(biāo)浪費(fèi)水資源。也有可能因強(qiáng)力水壓無(wú)處宣泄，以致往來(lái)源反彈造成軟管自龍頭上的掙脫!(阻抗太高)8將訊號(hào)的傳輸看成軟管送水澆花

反之，當(dāng)握處之?dāng)D壓不足以致射程太近者，則照樣得不到想要的結(jié)

果。(阻抗太低)

唯有拿捏恰到好處才能符合實(shí)際需求的距離。(阻抗匹配)9將訊號(hào)的傳輸看成軟管送水澆花

上述簡(jiǎn)單的生活細(xì)節(jié)，正可用以說(shuō)明方波（SquareWave）訊號(hào)（Signal）在多層板傳輸線（TransmissionLine，系由訊號(hào)線、介質(zhì)層、及接地層三者所共同組成）中所進(jìn)行的快速傳送。10介質(zhì)層訊號(hào)線接地層將訊號(hào)的傳輸看成軟管送水澆花

此時(shí)可將傳輸線（常見(jiàn)者有同軸電纜CoaxialCable，與微帶線MicrostripLine或帶線StripLine等）看成軟管，而握管處所施加的壓力，就好比板面上“接受端”（Receiver）組件所并聯(lián)到Gnd的電阻器一般，可用以調(diào)節(jié)其終點(diǎn)的特性阻抗（CharacteristicImpedance），使匹配接受端組件內(nèi)部的需求。11將訊號(hào)的傳輸看成軟管送水澆花

由上可知當(dāng)“訊號(hào)”在傳輸線中飛馳旅行而到達(dá)終點(diǎn)，欲進(jìn)入接受組件（如CPU或Memory等大小不同的IC）中工作時(shí)，則該訊號(hào)線本身所具備的“特性阻抗”，必須要與終端組件內(nèi)部的電子阻抗相互匹配才行，如此才不致任務(wù)失敗白忙一場(chǎng)。用計(jì)算機(jī)術(shù)語(yǔ)說(shuō)就是“正確執(zhí)行指令，減少噪聲干擾，避免錯(cuò)誤動(dòng)作”。一旦彼此未能匹配時(shí)，則必將會(huì)有少許能量回頭朝向“發(fā)送端”反彈，進(jìn)而形成反射噪聲（Noise）的煩惱。12將訊號(hào)的傳輸看成軟管送水澆花

當(dāng)傳輸線本身的特性阻抗（Z0）被設(shè)計(jì)者訂定為28ohm時(shí)，則終端控管的接地的電阻器（Zt）也必須是28ohm，如此才能協(xié)助傳輸線對(duì)Z0的保持，使整體得以穩(wěn)定在28ohm的設(shè)計(jì)數(shù)值。也唯有在此種Z0=Zt的匹配情形下，訊號(hào)的傳輸才會(huì)最具效率，其“訊號(hào)完整性”（SignalIntegrity，為訊號(hào)品質(zhì)之專用術(shù)語(yǔ)）也才最好。13阻抗的分類特性阻抗(CharacteristicImpedance)("當(dāng)二導(dǎo)體與其大地絕緣后,彼此之間的阻抗")差動(dòng)阻抗(DifferentialImpedance)("二導(dǎo)線間的量測(cè)阻抗")共模阻抗(CommonModeImpedance)(“將兩導(dǎo)線連接在一起時(shí),導(dǎo)線對(duì)大地之間的阻抗關(guān)系")奇模阻抗(OddModeImpedance)(“當(dāng)兩導(dǎo)線做差動(dòng)使用時(shí),任一導(dǎo)線對(duì)大地之間的阻抗")(=1/2倍特性阻抗;=1/2倍差動(dòng)阻抗)偶模阻抗(EvenModeImpedance)(“當(dāng)兩導(dǎo)線用來(lái)傳輸兩完全相同且極性一致的信號(hào)時(shí),其任一導(dǎo)線對(duì)大地之間的阻抗")(=2倍共模阻抗)14特性阻抗

當(dāng)某訊號(hào)方波，在傳輸線組合體的訊號(hào)線中，以高準(zhǔn)位（HighLevel）的正壓訊號(hào)向前推進(jìn)時(shí)，則距其最近的參考層（如接地層）中，理論上必有被該電場(chǎng)所感應(yīng)出來(lái)的負(fù)壓訊號(hào)伴隨前行（等于正壓訊號(hào)反向的回歸路徑ReturnPath），如此將可完成整體性的回路（Loop）系統(tǒng)。該“訊號(hào)”正行進(jìn)中，但我們將時(shí)間凍結(jié)住，即可想象其所遭受到來(lái)自訊號(hào)線、介質(zhì)層與參考層等所共同呈現(xiàn)的瞬間阻抗值（InstantaneousImpedance），此即所謂的“特性阻抗”。

“特性阻抗”應(yīng)與訊號(hào)線之線寬（w）、線厚（t）、介質(zhì)厚度（h）與介質(zhì)常數(shù)（Dk）都扯上了關(guān)系。此種傳輸線之一的微帶線其圖標(biāo)與計(jì)算公式如下：15FPC設(shè)計(jì)中的特性阻抗

阻抗設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的說(shuō)就是找一組參數(shù)(介電層厚度H,線寬W,介電常數(shù)εr,銅厚T)的組合,使參數(shù)代入公式中可以命中規(guī)格中值.目前較常用的仿真軟件POLAR計(jì)算阻抗。16阻抗與各參數(shù)之間的關(guān)系1(介質(zhì)層)

17阻抗值與介電層厚度成正比.阻抗與各參數(shù)之間的關(guān)系2（線寬）

18阻抗值與線寬成反比.阻抗與各參數(shù)之間的關(guān)系3（介電常數(shù)）

19阻抗值與介電常數(shù)成反比.阻抗與各參數(shù)之間的關(guān)系4（銅厚）

20阻抗值與銅厚成反比FPC阻抗與各參數(shù)之間的關(guān)系

21當(dāng)上述微帶線中Z0的四種變量（w、t、h、r）有任一項(xiàng)發(fā)生異常，例如下圖的訊號(hào)線出現(xiàn)缺口時(shí)，將使得原來(lái)的Z0突然上升（見(jiàn)上述公式中之Z0與W成反比的事實(shí)），而無(wú)法繼續(xù)維持應(yīng)有的穩(wěn)定均勻（Continuous）時(shí)，則其訊號(hào)的能量必然會(huì)發(fā)生部分前進(jìn)，而部分卻反彈反射的缺失。如此將無(wú)法避免噪聲及誤動(dòng)作了。下圖中的軟管突然被小朋友踩住，造成軟管兩端都出現(xiàn)異常，正好可說(shuō)明上述特性阻抗匹配不良的問(wèn)題。FPC阻抗與各參數(shù)之間的關(guān)系

22上述部分訊號(hào)能量的反彈，將造成原來(lái)良好品質(zhì)的方波訊號(hào)，立即出現(xiàn)異常的變形（即發(fā)生高準(zhǔn)位向上的Overshoot，與低準(zhǔn)位向下的Undershoot，以及二者后續(xù)的Ringing。此等高頻噪聲嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引發(fā)誤動(dòng)作，而且當(dāng)時(shí)脈速度愈快時(shí)噪聲愈多也愈容易出錯(cuò)。阻抗線路檢查事項(xiàng)

23■線寬/線距(LineWidth/Spacing)■檢查接地點(diǎn)是否正確(GNDConnectionCheck)■Coupon設(shè)計(jì)錯(cuò)誤范例(ImproperDesignPractices)線路上鉆孔、不適當(dāng)?shù)腄ummypad、不適當(dāng)?shù)腁nti-Pad上下層線路重疊、量測(cè)點(diǎn)間距不符規(guī)定阻抗條設(shè)計(jì)

24特性阻抗0.100”0.100”Dummypad=FollowGFI’sDummyPadDefinition(Dummytrace)x2LineWidth=20mil(Outerlayer)=20mil(Internallayer)LineSpace=20mil(Outerlayer)min=20mil(Internallayer)minDrillSize<=1.05mmPTHHolesImpedanceTrace=SimulatedLineWidth/SpaceTraceLength=3”~6”阻抗條設(shè)計(jì)

25差分阻抗0.100”0.100”(Dummytrace)x2LineWidth=20mil(Outerlayer)=20mil(Internallayer)LineSpace=20mil(Outerlayer)min=20mil(Internallayer)minDrillSize<=1.05mmPTHHolesImpedanceTrace=SimulatedLinewidth/SpaceTraceLength=3”~6”Dummypad=FollowGFI’sDummyPadDefinitionPOLAR軟件的使用一般特性阻抗計(jì)算方式按照我們的疊構(gòu)輸入實(shí)際壓合后的厚度，模擬得出阻抗值

26POLAR軟件的使用一般差動(dòng)阻抗計(jì)算方式按照我們的疊構(gòu)輸入實(shí)際壓合后的厚度，模擬得出阻抗值

27阻抗測(cè)量原理1.TDR(時(shí)域反射器)簡(jiǎn)介時(shí)域反