1、什么是阻抗?它與電阻難道不是一樣的嗎?
關于阻抗(Impedance),發現很多剛接觸到這個概念的小伙伴經常把它與電阻(Resistance)看作是同等的概念。可能阻抗與電阻按中文名稱來說,他們都帶一個阻字,而且單位都是Ω,然后阻抗與電阻這兩個單位還與電壓和電流的比值有關聯,所以剛接觸阻抗這個概念的小伙伴難免會認為阻抗就是電阻的另一種中文名稱吧。
軟件右側的計算結果是走線長度與走線電阻的對應關系圖,按照上邊的計算參數,50Ω電阻的走線長度需要大約240000 mil,換算為公制單位約為 6096 mm,好家伙,需要6米的走線,DDR布線每根線都繞50Ω?不可能,根本不可能啊,PCB面積都不夠繞線的。
通常來說,如果不是出于特殊目的,我們總是希望PCB上的布線電阻越低越好的,因為電阻的存在,在PCB上銅走線所引導的能量,會因金屬導線內自由電子與晶格之間的碰撞造成一部分能量轉換為焦耳熱,這也稱為歐姆損耗,是造成PCB上直流電壓降(DC IR Drop)以及信號幅值降低的原因。
2、阻抗并不等同于電阻
阻抗(Impedance)一詞,是英國物理學家奧利弗·亥維賽(Oliver Heaviside,1850年5月18日—1925年2月3日)提出來的名稱。為了解決當時跨大西洋電報電纜的信號在長線傳輸中信號嚴重失真的問題,他開始研究電磁波在傳輸線中的傳播現像,并基于基爾霍夫電壓定律及基爾霍夫電流定律,推導出了電報方程或稱為傳輸線方程,使得可以用電路簡單而直觀的概念來分析電磁波在傳輸線上傳播的問題。
3、為什么要控制阻抗?
如上一小節所述,奧利弗·亥維賽為了解決解決跨大西洋電報電纜的信號在長線傳輸中信號的嚴重失真問題,提出了傳輸線方程,以解決在傳輸線上更好地引導電磁波的問題,在他發表的研究論文里提出了阻抗的概念,然后還申請了同軸電纜的發明zhuanli。
電磁波具有傳播速度、衍射、干涉、折射、反射等物理特性,電磁波沿傳輸線傳播,在傳輸線的阻抗突變處就會發射電磁波的反射現像,這種由于阻抗變化而引起的反射是信號失真和信號質量退化的主要根源。
反射的影響是由傳輸線的長度以及信號的上升/下降沿時間共同決定的。一個初略的經驗法則是,如果信號在傳輸線上傳輸時所產生的時延Td小于信號脈沖上升/下降沿時間的20%,這時即使信號到達負載端后發送了反射,但此時源端的信號正處于上升/下降沿的變化階段,反射的信號會被上升/下降沿變化的信號所掩蓋掉。
另一個消除信號反射影響的措施就是使用具有阻抗匹配管控的傳輸線結構,通過控制走線和參考平面的幾何結構和疊層方式,可以得到不同形式的傳輸線,這就需要合理安排疊層結構。
雖然雙面板也能實現阻抗控制,但如果要實現50Ω的阻抗控制,電路板的面積就變得特別大,而現代電子產品越來越小巧,功能更加集成,這就不得不提到高多層板的應用,在很小的面積上實現功能模塊精密布局,還能實現無數種阻抗。
與單面、雙面板相比,生產高多層需要處理層間連接、層間堆疊和對準、信號完整性和電磁干擾以及熱管理等難題,對工藝能力和精度控制要求非常高。而嘉立創作為深耕PCB行業近20年的專業廠商,以助力全球硬件創新為己任,在高多層板制造板塊,給電子產品研發提供了極大的支持。
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