电阻抗是衡量一个电路在施加正弦交流电压时对电流的阻力。这种电缆是一种同轴电缆。我们大多数人都熟悉的一个常见的阻抗控制的例子, 由一个圆形的内导体组成,通过绝缘体与外圆柱形导体(屏蔽层)分开。取代同轴电缆,天线可以通过一根由两根圆线组成的电缆连接到设备上, 两根圆线之间的间隔是平坦的塑料条。与同轴电缆一样,这种电线的尺寸和材料都经过仔细控制,以使其具有正确的电阻抗。

Impedance control 01

这两种电缆是控制阻抗的不同配置的例子,但还有许多其他的例子。在PCB中,屏蔽层是平面,绝缘体是材料,而芯线是导线。阻抗是以欧姆为单位的, 但不应与同样以欧姆为单位的电阻相混淆! 电阻是针对直流电(DC)的,而阻抗是一种交流电(AC),随着信号频率的增加而变得重要, 对于信号成分等于或大于200MHz的印刷电路迹线来说变得至关重要。电线或导线的功能是将信号强度从一个设备传输到另一个设备。当阻抗匹配时, 可以传输最大的信号功率。

Impedance control 02

电视天线有一个 "自然 "阻抗。对于无线电频率(FR),将最大的信号功率从天线转移到电缆,需要电缆的阻抗与天线的阻抗相匹配。此外, 电视的阻抗必须与电缆的阻抗相匹配。

我们必须关注电线的互连,但同样的考虑因素也适用于通过PCB上的线路进行信号传输。就在最近的1997年, 只有当时的高速独特的设备需要具有可控阻抗的PCB。这些设备可能占制造的PCB的20%。

2000年,约有80%的多层印刷电路板是用可控阻抗的线路制造的。这些包括用于所有技术类型的电路板,包括
- 电信
- 视频信号处理
- 高速数字处理
- 实时图形处理
- 过程控制

今天,大多数家庭都有大量的这些技术的低成本应用,例如
- 调制解调器、电话、卫星电视
- 全球定位系统
- 雷达
- 视频游戏
- 低成本PC
- 汽车发动机控制模块

Impedance control 03

我们可以在pcb上满足什么样的阻抗设计?

嵌入式微带

Embedded Microstrip

嵌入式微带传输线,类似于微带,是由宽度为W、厚度为t的导体组成,在比传输线本身宽的地平面上布线,并由厚度为H1的介质基底隔开。

偏移带状线

Offset Stripline

在偏移带状线配置中,信号线被夹在两个平面之间,这两个平面之间的间距可能相等,也可能不相等。这种结构通常被称为双带状线。

边缘耦合涂层微带

Edge-coupled Coated Microstrip

边缘耦合微带是一种差分配置,在表面上有两条阻抗可控的迹线,涂有抗蚀剂,在层压板的另一侧有一个平面。

边缘耦合偏移带状线

Edge-coupled Offest Stripline

边缘耦合偏移带状线是一种差分配置,在两个平面之间夹有两条受控阻抗的路径。线路是交错的,但它们可以在平面之间的一半(2H1 + T = H)。

边缘耦合带状线

Edge-coupled Stripline

这种差分配置的两个线路被层压板隔开,夹在两个平面之间。虽然图中显示了线路的偏移,但制造的目的是让线路没有偏移, 也就是说,一个必须在另一个的正上方。一般来说,这种配置是很难制造的。

涂层共面条

Coated Coplanar Strips

在这种涂层共面条配置中,有一条受控阻抗的单线,每侧有两条指定宽度(W2/W3)的接地线。所有的线路都涂有抗蚀剂。

带地线的涂层共面体波导

Coated Coplanar Waveguide with Ground

共面波导有一条受控阻抗的单线,每边都有平面(或非常宽的接地线),一边是连续的平面,另一边只有层压板。

偏置共面波导

Offset Coplanar Waveguide

共面波导与上述配置类似,不同的是,层压板的两侧都有平面,而且与受控阻抗线路在同一层的平面。


如何控制阻抗?

在PCB制造过程中,必须在工作面板上增加一个测试附连板。该测试附连板是确保建立和图形要求的阻抗相匹配的最佳方式。由于需要测量PCB的阻抗, PCB制造商必须在工作面板上添加一个测试附连板,准确代表PCB板上阻抗印刷的配置。这些测试附连板必须被设计成测试测量系统所描述的模型。 使用相同的材料、相同的生产过程、相同的参数,测试券完全是PCB板阻抗的复制品。

Impedance control 04

典型的测试附连板是一块大约200 x 30毫米的PCB,其线路结构与主PCB完全相同。它的线路设计成与主电路上的受控线路相同的宽度和同一层。 这是保证获得良好结果的最好方法。测试附连板避免了任何增加的铜垫,以及任何可能影响PCB阻抗的变化。在规定了层压板厚度的情况下, 制造商将调整导线宽度以达到阻抗值。该测试附连板将用适当的测试设备进行测试和检查。对于每一个测试附连板,可以分配一份报告, 显示测量的阻抗值。2019年,艾佳普集团投资了一台新的Polar机器,用市场上的最新技术控制阻抗。


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