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@21小跑堂
电子产品中，PCB是不可或缺的一部分。相信大部分硬件工程师或多或少都用画图软件画过PCB的。对于有阻抗匹配要求的线路，尤其是50欧姆阻抗匹配的设计，都会使用SI9000软件去计算走线的线宽，线粗乃至周围包地间距等等参数，然后还会和板厂再三确认其制作工艺是否能满足阻抗匹配的要求。但是对于初次涉及阻抗匹配的工程师，脑海里也仅仅局限于阻抗匹配这个名词而已。尤其是天线设计中，阻抗匹配就更为重要，天线厂家或者芯片厂家的指导手册就会给出PCB叠层设计，PCB走线设计等等参数，比如移远文件《Quectel_射频LAYOUT_应用指导》，就对PCB设计给出了很详细的指导建议，作为硬件工程师，按照这些指导建议，就能把PCB文件画好。可是至于为什么要阻抗匹配还是丈二和尚摸不着头脑，即使项目做的最多，还是不理解
阻抗匹配，顾名思义，要降信号源的阻抗和负载的阻抗匹配，才能得到最大的功率输出；以天线设计为例阻抗匹配的调试口诀是：一般半波折合振子的输入阻抗为半波对称振子的四倍，即Zin=280（欧），（标称300欧）。然后可以通过对天线的阻抗调试，在要求的工作频率范围，要求使输入阻抗的虚部比较小且实部相当接近50欧，使得天线的输入阻抗为Zin=Rin=50欧，这就是天线能和馈线处于良好的阻抗匹配所必须的。天线的输入端信号电压和信号电流之比，就称为天线的输入阻抗。输入阻抗就具有电阻分量Rin和电抗分量Xin，即Zin=Rin+jXin。电抗分量的存在会减少天线从馈线对信号功率的提取。天线的阻抗不匹配，造成信号测试的误差，需要专门是网分仪器测试，需要利用电报方程，simith圆等专业的知识去理解。但在实际的高速信号设计中，如果PCB阻抗不匹配，比如终端（可以认为是负载）开路，短路的时候，使用示波器测量就会有异常波形被量测到，更加直观，可以加深对阻抗匹配这个概念的理解。 在高速高频信号的电路中，当高频信号的波长远远小于PCB走线长度的时候，PCB走线就不能看作是一根导线，需要考虑寄生电容，寄生电感的效应，PCB走线的阻抗Z=jwL-j/wc。 使用信号发生器和示波器的测试波形，很好的说明阻抗匹配的重要性。信号发生器发出3MHz的信号，信号发生器的输出阻抗是50欧姆，经过50欧姆同轴电缆一个转接头，一边接入示波器的输入channel，示波器设置为1M的输入阻抗，另一端接一个50欧姆的电阻，此时阻抗是匹配的，示波器上面测量的波形是没有反射的； 整个设备的连接，可以用下图的简易示意图表示，可以很清晰的看出，整个线路上都是50欧姆的阻抗匹配，所以在示波器上面是测试不到反射波或者其他的异常波形； 随后使用一根10米长的50欧姆阻抗的同轴电缆线替代转接口的50欧姆的电阻，线缆的终端是开路的，此时发现示波器上面有反射波的出现。利用上图的简易示意图可以知道，终端负载开路后，就会在示波器的输入channel测试到反射波， 此时测量两个入射波和反射波的时间差，大概是104ns： 利用TDR测量方法，可以计算得到同轴电缆线，由于测试的时间差是先到终端又返回的时间，所以公式中是使用一半的时间，VF是电磁波速度衰减系数，电磁波在不同的介质中传播的速度不一样，一般在同轴电缆中，VF=0.6左右；在很多暗墙走线的光缆线束，使用TDR仪器，就可以快速定位断线的位置。 随后利用镊子将线缆的终端短路，示波器上可以看到，反射波是倒向的了 再进一步将线缆的终端并联50欧姆的电阻，阻抗匹配了，示波器上可以看到，反射波消失了； 通过以上的实验，可以知道终端负载开路，短路，匹配的情况下，测量的波形都是不一样的。 示波器测量到的波形，实际可以看作是另一个芯片需要接收使用的波形，如果示波器测量到了反射波，表明接收模块芯片也收到了反射波，此时接收芯片就会混淆，到底那一个波形才是正常的，就会造成通讯异常。只有阻抗匹配的线路，才是发射源送出什么样的信号，接收端就收到什么信号。 所以通过示波器的测试，清晰直观的知道阻抗不匹配带来的不良后果，也提高了以后PCB设计中，对PCB走线的的重视程度；
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条分缕析PCB画板时阻抗匹配的重要性，通过试验现象得出结果，实用性较高