什么是控制阻抗及其測量方式？

2021-01-25

控制阻抗最常見(jiàn)的例子之一是將天線(xiàn)連接到電視的電纜。該電纜可以是由圓形的內部導體組成的同軸電纜，該內部導體與外部圓柱形導體分開(kāi)，通常通過(guò)絕緣子將其稱(chēng)為屏蔽。導體和絕緣子的尺寸以及絕緣子的電氣特性都經(jīng)過(guò)仔細控制，以確定其電場(chǎng)的形狀，強度和相互作用，這將決定電纜的電阻抗。

類(lèi)似地，為了實(shí)現受控阻抗，在印刷電路板上使用了許多不同的走線(xiàn)配置。

了解受控阻抗

受控阻抗板使用平面層作為屏蔽層，使用層壓板作為絕緣體，導體使用走線(xiàn)。板上走線(xiàn)的阻抗取決于其尺寸和所用材料。

必須非常仔細地設計參數，然后在制造過(guò)程中復制這些參數，以確保符合規格。

阻抗以歐姆為單位，但不要與電阻相混淆。電阻是直流特性；阻抗是包括信號頻率的交流電特性。對于那些連接到需要兩，三百MHz或更高頻率的組件的走線(xiàn)，信號頻率至關(guān)重要。

顯然，電線(xiàn)，電纜和走線(xiàn)的主要目的是將信號功率從一個(gè)小工具傳遞到另一種小工具，并且在阻抗匹配時(shí)會(huì )傳遞最大信號功率?；氐诫娨?，天線(xiàn)具有自然的特性阻抗。要將最大信號功率從天線(xiàn)傳輸到電纜，需要電纜阻抗與天線(xiàn)阻抗匹配。此外，電視阻抗必須與電纜阻抗匹配。如果您有匹配的系統；天線(xiàn)到電纜以及電纜到電視，則最佳信號從天線(xiàn)傳遞到電纜，再傳遞到電視。如果不是，則不會(huì )發(fā)生最大的信號傳輸。然后，只有一部分信號功率從發(fā)送設備傳輸到接收設備，無(wú)論是導線(xiàn)，同軸電纜還是走線(xiàn)。

將天線(xiàn)連接到電視的阻抗不正確的電纜將僅導致天線(xiàn)收集的一部分電視信號從天線(xiàn)進(jìn)入電纜。有些會(huì )反射回天線(xiàn)以重新輻射。電視將無(wú)法獲得最佳信號，并且圖像質(zhì)量可能會(huì )受到影響。一些信號也將反射回電纜中，從而導致電視的可用信號損失更多。然后，在某個(gè)點(diǎn)，已通過(guò)電纜移回到天線(xiàn)的反射信號將再次遇到阻抗差異，并且將發(fā)生信號的另一部分反射。

該反射信號最終比原始信號晚第二次到達電視，從而使電視顯示同一圖片的多個(gè)副本：原始信號和延遲的反射信號，就像回聲一樣。如果信號已經(jīng)通過(guò)一系列電路板和電線(xiàn)將傳感器信息傳遞到汽車(chē)的燃油噴射系統，則該數據的一部分可能會(huì )來(lái)回反彈幾次，從而導致汽車(chē)停止平穩行駛。

完全相同的因素適用于通過(guò)印刷電路板上的走線(xiàn)進(jìn)行信號傳輸。載有高頻信號的走線(xiàn)必須設計成與驅動(dòng)器和接收器設備的阻抗匹配。走線(xiàn)越長(cháng)，或者涉及的頻率越大，則越需要控制走線(xiàn)阻抗。電路板制造商通過(guò)改變走線(xiàn)或層壓板的尺寸或橫截面積以及間距來(lái)控制阻抗。

一旦電路板上裝有元件，就很難評估無(wú)與倫比的阻抗問(wèn)題。組件可以具有一定的公差范圍；一批可以容忍阻抗不匹配，而另一批則不能容忍。部件的特性可能隨溫度變化，并且組件的工作溫度變化可能會(huì )帶來(lái)問(wèn)題。在這種情況下，更換組件似乎可以解決問(wèn)題，導致該組件成為可疑的原因而不是跟蹤。當真正的問(wèn)題是走線(xiàn)阻抗不匹配時(shí)，可能會(huì )導致組件和組裝的額外成本。PCB設計人員必須指定走線(xiàn)阻抗和容差，并且電路板制造商必須滿(mǎn)足這些規范。

隨著(zhù)電子電路的運行速度的提高，對印刷電路板具有受控阻抗的需求也因此增加，因此，大多數電路板制造商都在生產(chǎn)它們。

跟蹤阻抗計算器

阻抗取決于許多參數，包括但不限于走線(xiàn)寬度，走線(xiàn)厚度和層壓板厚度。計算阻抗時(shí)，電介質(zhì)厚度，Dk，走線(xiàn)寬度，銅重量以及任何特殊參數都應考慮在內。然后可以調整走線(xiàn)寬度，以獲得所需的阻抗。

通過(guò)測試程序確定木板的可接受性。但是，通常不是在實(shí)際的板上進(jìn)行測試，而是在同一時(shí)間在同一面板上制造的一個(gè)或多個(gè)測試樣板上進(jìn)行測試。之所以使用優(yōu)惠券，是因為受控的阻抗走線(xiàn)并不總是易于訪(fǎng)問(wèn)以進(jìn)行測試，也不符合長(cháng)度要求，并且沒(méi)有分支走線(xiàn)或焊盤(pán)可以進(jìn)行測試。

典型的測試樣板是與產(chǎn)品板具有完全相同的層和走線(xiàn)結構的板。優(yōu)惠券走線(xiàn)的寬度和寬度與電路板上的受控阻抗走線(xiàn)相同，并具有相同的孔徑代碼（D代碼）和平面。

通常在生產(chǎn)面板的每一端都可以找到受控的阻抗試樣，以幫助確保試樣代表整個(gè)面板。測試2個(gè)試樣將驗證到高置信度水平，即面板上的跡線(xiàn)寬度，跡線(xiàn)厚度，層壓板高度等沒(méi)有變化。許多電路板制造商使用測試樣板的尺寸來(lái)檢查其過(guò)程所產(chǎn)生的產(chǎn)品整體質(zhì)量。這樣的測試可以非常精確地衡量生產(chǎn)的一致性，而無(wú)需犧牲板的微觀(guān)截面。

走線(xiàn)阻抗計算器通常使用網(wǎng)絡(luò )分析儀，實(shí)驗室時(shí)域反射儀（TDR）或采用TDR技術(shù)測量阻抗的受控阻抗測試系統。

網(wǎng)絡(luò )分析儀和實(shí)驗室TDR是高度復雜和復雜的實(shí)驗室儀器，通常需要由熟練的工程師小心操作。使用TDR測量技術(shù)的專(zhuān)門(mén)為在印刷電路板上測量受控阻抗而設計的受控阻抗測試系統是業(yè)界最常用的設備。

TDR通過(guò)受控的阻抗電纜和匹配的阻抗探頭將非?？斓碾婋A躍信號施加到試樣。每當阻抗值發(fā)生變化時(shí)，部分信號功率就會(huì )反射回TDR，并由儀器進(jìn)行測量。

將TDR看作是雷達或聲納站，在聲納情況下，它會(huì )通過(guò)空中或水中廣播信號。當該信號撞擊物體時(shí)，它會(huì )反射回信號發(fā)射站，并在屏幕上和/或在音頻上轉換為“斑點(diǎn)”。發(fā)射脈沖與接收反射信號之間的時(shí)間延遲與到物體的距離成正比，并可以指示其方向，速度等。TDR沿跡線(xiàn)傳輸其信號，當遇到異常時(shí)，該信號的一部分會(huì )反射回儀器。反射信號的大小與不連續性的值有關(guān)。跡線(xiàn)橫截面積的變化，到其平面或返回路徑的距離或到其他焊盤(pán)和跡線(xiàn)的接近度都將引起阻抗的變化并引起反射。根據數據，可以繪制阻抗及其變化曲線(xiàn)。屆時(shí)，信息將由電路板制造商進(jìn)行評估。

如果它在電路板設計者確定的公差范圍內，則可接受電路板。不符合規格可能會(huì )導致進(jìn)一步加工和/或評估用于制造面板的材料和設備。最好在內部而不是作為外部服務(wù)進(jìn)行TDR測試。這允許進(jìn)行過(guò)程中測試以及更好的控制和制造速度。灣區電路在我們的內部實(shí)驗室中對受控阻抗進(jìn)行了所有TDR測試。