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PCB设计之阻抗匹配设计分享

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OneAnswer|  楼主 | 2024-3-31 13:56 | 显示全部楼层 |阅读模式
PCB设计之阻抗匹配设计分享
在PCB设计中,阻抗匹配是确保信号质量和完整性的关键因素。随着电子设备向更高速度和更小尺寸的发展,对PCB走线的阻抗控制变得越来越重要。阻抗匹配涉及到在能量传输过程中,使负载阻抗与传输线的特征阻抗相等,以避免信号反射和能量损失。特征阻抗是信号在传输线上传播时看到的瞬间阻抗值,它与PCB导线所在的板层、所用材质(介电常数)、走线宽度、导线与平面的距离等因素有关,而与走线长度无关。在高速PCB布线中,数字信号的走线阻抗通常设计为50欧姆,这是一个大约的数字。例如,同轴电缆基带通常为50欧姆,频带为75欧姆,对绞线(差分)为100欧姆。
阻抗匹配的常见方式包括串联终端匹配和并联终端匹配。串联终端匹配是在信号源端阻抗低于传输线特征阻抗的条件下,通过串接一个电阻R来实现匹配,从而抑制反射信号的再次反射。并联终端匹配则是在信号源端阻抗很小的情况下,通过增加并联电阻使负载端输入阻抗与传输线的特征阻抗相匹配,达到消除负载端反射的目的。在PCB设计中,控制阻抗的因素包括材料的树脂含量百分比、树脂的Dk值、所用玻璃布的类型,以及其他物理PCB容差,如走线顶部和底部的走线高度和宽度。这些因素都会影响PCB阻抗容差,因此在制造过程中需要确保正确的图案尺寸和位置,以及蚀刻特征的正确尺寸、位置和公差。

在选用合适的匹配方法之前,我们首先要用阻抗计算软件计算对应的特征阻抗。推荐大家使用专门的阻抗计算软件SI9000 ,SI9000是Polar公司推出的快速准确的 PCB 传输线建模软件,[size=14.6667px]凭借其快速、准确、频率相关的传输线建模,Si9000e 插入损耗场解算器旨在对给定频率下的传输线损耗、阻抗进行建模,并提取各种流行 PCB 传输线(超过 100 种结构)的完整传输线参数。 Si9000 采用边界元法场求解,提取 RLGC 矩阵并快速绘制您正在设计的结构的一系列传输线信息。损耗以三种方式绘制,清楚地指示介电损耗、铜损耗和总损耗,包括 Huray / Canonball /Gradient 以及用于粗糙度建模的传统 Hammerstad 和 Groisse 方法。 接下来我就来教大家如何使用SI 9000软件计算特征阻抗。下载链接:链接:https://pan.baidu.com/s/1WB_YmvqN7XO_ZiepVaLWTg?pwd=ofze  提取码:ofze
安装完成后打开软件,软件界面如图所示:
      11.png
  
接下来以差分线模型为例为大家介绍一下特征阻抗的计算方法,设计时常用的参数如图所示:
12.png
14.png

首先选择差分线模型

13.png

然后选择“Edge-Coupled Coated Microstrip”,然后点击下方的“Lossless Calculation”,进入计算界面

15.png
在计算阻抗界面,填入从板厂获取的参数,然后调整线宽和线间距,以达到目标阻抗值;以USB特征阻抗为90Ω为例,填入板厂提供的板材参数,调整线宽和线间距就可以得到我们想要的90Ω特征阻抗。
bb.png
由此我们通过计算就可以知道当我们的USB走线线宽为7mil,线间距为8mil时就可以满足USB的特征阻抗。

当然我们计算出来的设计线宽和线间距板厂不一定能完全满足,这时候我们就可以通过前文所说的串联终端匹配和并联终端匹配来保证走线不满足特征阻抗的前提下通过串联或并联终端电阻的方式实现特征阻抗的匹配,具体的实现方法我们下次再进行讲解,今天关于SI 9000阻抗计算软件的使用分享就到这里。



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xionghaoyun| | 2024-4-1 10:10 | 显示全部楼层
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WoodData| | 2024-4-2 17:21 | 显示全部楼层
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