老板说阻抗控制在50欧，串个小电阻能解决吗?

听说有同学用万用表测阻抗

常常听说哪里哪里需要50欧姆，100欧姆的阻抗控制，有的同学很认真，拿来万用表一阵量，感觉好像各种线缆测量值都不大达标，一通抱怨。也有不那么认真的同学，觉得阻抗匹配什么的就是那么回事儿，我的板子跑个七八百M不也杠杠得，没出啥问题吗。嗯，没出问题挺好的。我们今天还是聊一聊什么是阻抗，和阻抗如何匹配的问题。什么是阻抗我们知道最基本的元器件有三种：电阻，电感和电容。01_Impedance R我们最熟悉的是电阻，初中物理就开始讲了。对纯电阻来说，流过它的电流，随着施加在它两端的电压大小而变化。I=U/R对于电感来说，流经它的电流不能突变，它的电流会比电压落后90°。为了表达这种相位上的超前或之后，它的阻抗引入了虚数。感抗XL = jωL，j表达了电流会落后电压90°，角频率ω= 2πf。感抗随着频率的升高而变大。03_Impedance C对于电容，电极板两端的电压不能突变，它的电流会比电压超前90°。容抗XC = 1/jωC，它随着频率的升高而变小。04_Impedance Z如果电路中有这三种元件，那么总的阻抗Z不是一个固定的值，而是和信号频率有关系。如果感抗和容抗正好相等，整体上呈现纯电阻。如果感抗大于容抗，整体上则呈现感性，反之呈现容性。对于这三种元件，你会发现，学的越多，理解起来就越复杂。如果我们看一下一些大牛们推导公式的过程，不由会产生，吾生也有涯，而知也无涯的感慨。为什么要做阻抗匹配根据我们要达到的不同目的，阻抗匹配也可以有不同的理解。比如说一个直流或低频信号源，通过导线连至负载，如果我们的目的是让负载得到最大功率，在这种情况下，导线的电阻可以忽略，可以推导出,当负载的电阻和信号源内阻相等时，负载得到最大功率。随着信号频率的升高，信号源内阻和负载的感抗和容抗开始无法忽略，此时如果想要在负载得到最大功率，需要内阻和负载的电阻相等，电抗大小相等且方向相反。即共轭匹配。以上都是信号源频率比较低的情况，或者说信号波长远大于导线的情况。当频率继续升高，波长小到跟导线长度达到一个数量级，甚至波长小于导线长度，此时传输导线的阻抗就不能被忽略了。当然在这么高的频率，我们的目的一般不会是让负载得到最大功率，而是把信号源的波形，完美地传送到负载。高速数字电路设计中，我们通常说的是这种阻抗匹配，它的目的是防止信号反射，保持信号的完整性。传输线的阻抗05_Impedance DC对于直流或低频信号，我们可以认为导线是非常小的纯电阻，所以导线上电压，可以认为处处相等，电流也处处相等。06_Impedance AC对于高频信号，同样的一段导线，不能再被看作纯电阻，而是如上图存在寄生电感，与地线存在寄生电容，跨导。在这种情况下，信号沿导线传播时受到的阻力，和导线的长度就没关系了，只跟单位长度导线的电阻，跨导，寄生电感电容，和信号频率有关。频率越高，感抗和容抗越起到主导作用，忽略掉R和G，导线的特征阻抗变为右边的形式，它只跟导线的寄生电感和电容相关。07_Impedance Z0下面我们来看看在实际电路板中如何做阻抗控制。PCB布线如何做阻抗控制先熟悉一个概念：介电常数，因为它会影响特征阻抗。介电常数(Dielectric Constant)，这个数值可以表示一种材料贮存电荷能力的大小。我们知道电容的大小，与电容两个极板间填充的物质有关。通常拿真空作为一个基准，其它物质与它作比较得出一个相对数值。假设一个电容在真空中的大小是C0，把物质X填入电容的两个极板之间后，电容变为Cx，那么这种物质的介电常数就是E=Cx/C0。常见物质介电常数：真空 1空气 1.000585玻璃片 1.2 -- 2.2乙醇 2.5冰 3.2石英 4.3FR4 4 -- 4.7水 81.5Er越高,高频信号越容易通过,即高频的损耗越大。为减小高频损耗，可以选用一些Er值低的PCB板，当然成本会高一些。现在我们看一下实际例子，用工具软件计算走线的阻抗值。阻抗计算比较常用的是Polar si9000，它是一款收费软件。好的阻抗控制，需要紧邻布线层有一个完整的参考平面，可以是GND层，也可以是POWER层。当然也可以两面都有参考面。下面是4种比较典型的布线方式：Coated Microstrip 带阻焊的微带线08_Coated Microstrip这是PCB的横截面，上面是布线层，下面是参考面。我们看到计算阻抗需要填入一些参数：Substrate 1 Height H1 导线到参考面的距离Substrate 1 Dielectric Er1 基板介电常数Lower Trace Width W1 走线下端宽度Upper Trace Width W2 走线上端宽度Trace Thickness T1 走线铜厚度Coating Above Substrate C1 基板绿油厚度Coating Above Trace C2 走线覆盖绿油厚度Coating Dielectric CEr 绿油介电常数Impedance Z0 即计算出的阻抗Edge-Coupled Coated Microstrip 带阻焊的差分微带线09_Edge-Coupled Coated Microstrip多了两条走线之间的距离S1，绿油C3。Offset Stripline 带状线10_Offset StriplineEdge-Coupled Offset Stripline 差分带状线11_Edge-Coupled Offset Stripline高速数字电路中，保证阻抗的连续性很重要，因为在阻抗不连续的地方一定会发生信号反射。所以走线宽度一直要保持一致，尽量不要过孔。差分对线间距要保持不变，如果用过孔一定要成对出现，而且在参考平面也要打过孔。12_Impedance Via都有哪些线需要做阻抗控制一般来说，单端用50欧，差分用100欧。1000M/100M以太网，HDMI，SATA 差分100欧姆。对DDR3 存储器来说，时钟线和控制线(CE#, WE#, OE#, and WAIT#)是必须要做阻抗匹配的，地址线和数据线对阻抗匹配要求稍低一些。USB3.0/2.0 差分90欧姆。对于RF射频天线上的模拟信号，需要做共轭匹配，常用阻抗是50欧姆。END

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