PCB板的特性阻抗与特性阻抗控制
1、电阻
交换电流流过一个导体时，所受到的阻力称为阻抗(Impedance)，符合为Z，单位还是Ω。
此时的阻力同直流电流所碰到的阻力有差别，除了电阻的阻力以外，尚有感抗(XL)和容抗(XC)的阻力题目。
为区别直流电的电阻，将交换电所碰到之阻力称为阻抗(Z)。
Z=√R2+(XL-XC)2
2、阻抗(Z)
比年来，IC集成度的进步和应用，其信号传输频率和速度越来越高，因而在印制电路板导线中，信号传输(发射)高到某肯定值后，便会受到印制电路板导线本身的影响，从而导致传输信号的严峻失真或完全丧失。这表明，PCB导线所“流畅”的“东西”并不是电流，而是方波讯号或脉冲在能量上的传输。
3、特性阻抗控制(Z0)
上述此种“讯号”传输时所受到的阻力，另称为“特性阻抗”，代表符号为Z0。
以是，PCB导线上单办理“通”、“断”和“短路”的题目还不敷，还要控制导线的特性阻抗题目。就是说，高速传输、高频讯号传输的传输线，在质量上要比传输导线严格得多。不再是“开路/短路”测试过关，大概缺口、毛刺未高出线宽的20%，就能吸取。必须要求测定特性阻抗值，这个阻抗也要控制在公差以内，否则，只有报废，不得返工。
二、讯号传播与传输线
1、信号传输线界说
(1)根据电磁波的原理，波长(λ)越短，频率(f)越高。两者的乘积为光速。即C=λ.f＝3×1010cm/s
(2)任何元器件，只管具有很高的信号传输频率，但经过PCB导线传输后，原来很高的传输频率将降下来，或时间耽误了。
因此，导线长度越短越好。
(3)进步PCB布线密度或收缩导线尺寸是有利的。但是，随着元件频率的加快，或脉冲周期的收缩，导线长度靠近信号波长(速率)的某一范围，此时元件在PCB导线传输时，便会出现显着的“失真”。
(4)IPC－2141的3.4.4提出：当信号在导线中传输时，假如导线长度靠近信号波长的1/7时，此时的导线被视为信号传输线。
(5)举例：
某元件信号传输频率(f)为10MHZ，PCB上导线长度为50cm，是否应思量特性阻抗控制？
解：C=λ.f＝3×1010cm/s
λ＝C/f＝(3×1010cm/s)/(1×107/s)＝3000cm
导线长度/信号波长＝50/3000＝1/60
由于：1/60《1/7，以是此导线为平凡导线，不必思量特性阻抗题目。
在电磁波理论中，马克斯威尔公式告诉我们：正弦波信号在介质中的传播速率VS与光速C成正比，而与传输介质的介电常数成反比。
VS＝C/√εr
当εr＝1时，信号传输到达了光的传播速率，即3×1010cm/s。
2、传输速率与介电常数
差别板材在30MHZ下的信号传输速率
介质质料Tg(°C)介电常数信号传输速率(m/?s)
真空/1.0300.00
聚四氟乙烯/2.2202.26
热固性聚丙醚2102.5189.74
氰酸酯树脂2253.0173.21
聚四氟乙烯树脂＋E玻璃布/2.6186.25
氰酸酯树脂＋玻璃布2253.7155.96
聚酰亚胺＋玻璃布2304.5141.42
石英/3.9151.98
环氧树脂玻璃布130±54.7138.38
铝/9.0100.00
由上表可见，随着介电常数(εr)的增长，信号在介质质料中的传输速率减小。要得到高的信号传输速率，需采取高的特性阻抗值；高的特性阻抗，必须选用低的介电常数(εr)质料；聚四氟乙烯(Teflon)的介电常数(εr)最小，传输速度最快。
FR-4板材，是由环氧树脂和E级玻璃布连合构成，介电常数(εr)为4.7。信号传输速率为138m/μs。改变树脂体系，可较易改变介电常数(εr)。
三、特性阻抗值控制缘由
1、缘由一
电子装备(电脑、通讯机)操纵时，驱动元件(Driver)所发出的信号，将通过PCB传输线到达吸取元件(Receiver)。信号在印制电路板的信号线中传输时，其特性阻抗值Z0必须与头尾元件的“电子阻抗”可以或许匹配，信号中的“能量”才会得到完备的传输。
2、缘由二
一旦出现印制电路板质量不良，Z0超出公差时，所传的信号会出现反射(Reflection)、散失(Dissipation)、衰减(Attenuation)或延误(Delay)等题目，严峻时会传错信号，死机。
3、缘由三
严格选择板材和控制生产流程，多层板上的Z0才华符合客户所要求的规格。元件的电子阻抗越高时，其传输速率才会越快，因而PCB的Z0也要随之进步，方能到达匹配元件的要求。Z0合格的多层板，才算得上是高速或高频讯号所要求的合格品。
四、特性阻抗ZO与板材及制程关系
微带线布局的特性阻抗Z0盘算公式：Z0=87/r+1.41ln5.98H/(0.8W+T)
此中：εr－介电常数H－介质厚度W－导线宽度T－导线厚度
板材的εr越低，越轻易进步PCB线路的Z0值，而与高速元件的输出阻抗值匹配。
1、特性阻抗Z0与板材的εr成反比
Z0随着介质厚度的增长而增大。因此，对Z0严格的高频线路来说，对覆铜板基材的介质厚度的偏差，提出了严格的要求。通常，介质厚度变革不得高出10％。
2、介质厚度对特性阻抗Z0的影响
随着走线密度的增长，介质厚度的增长会引起电磁干扰的增长。因此，高频线路和高速数字线路的信号传输线，随着导体布线密度的增长，应减小介质厚度，以消除或低落电磁干扰所带来的杂信或串扰题目、或大力大举低落εr，选用低εr基材。
根据微带线布局的特性阻抗Z0盘算公式：Z0=87/r+1.41ln5.98H/(0.8W+T)
铜箔厚度(T)是影响Z0的一个紧张因素，导线厚度越大，其Z0越小。但其变革范围相对较小。
3、铜箔厚度对特性阻抗Z0的影响
越薄的铜箔厚度，可得到较高的Z0值，但其厚度变革对Z0贡献不大。
采取薄铜箔对Z0的贡献，还不如说是由于薄铜箔对制造风雅导线，来进步或控制Z0而作出贡献更为确切。
根据公式：
Z0=87/r+1.41ln5.98H/(0.8W+T)
线宽W越小，Z0越大；镌汰导线宽度可进步特性阻抗。
线宽变革比线厚变革对Z0的影响显着得多。
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