理解走线阻抗：为何它在PCB设计中至关重要

在印刷电路板中，导线和走线通常由铜制成，因为除了银之外，它是电阻最小的元素。在走线上放欧姆表，直流电阻几乎可忽略不计。

交流阻抗则不然。阻抗不同于电阻，基于频率。所有导线和走线都会对来自任何驱动器的电流产生至少一些阻抗。虽然通常您需要相当快的信号上升时间，走线阻抗才会成为问题，但重要的是您意识到走线阻抗存在且可能成为问题。

但为什么我们需要担心走线阻抗？为什么它存在且可能控制它？如果您听说过“受控阻抗”，您可能已经知道控制阻抗是可能的。但要理解如何和为什么，了解一点走线阻抗的本质很重要。

走线阻抗如何工作

每条走线沿走线分布有微小的、几乎无法区分的串联电感，与走线横截面成反比。随着上升时间增加，产生的阻抗变得更明显。同样，每条走线沿走线和回流信号路径分布有电容，这是走线宽度和走线与信号回流路径间介质材料的函数。再次，如果上升时间增加足够多，电流试图流过该电容产生的阻抗可能显著。

您的驱动器将所有走线读作分布式LC电路，您的走线交流阻抗来自这个分布式LC电路。这被视为非受控阻抗。我们不努力设计走线环境以解释此阻抗，允许电感和电容沿走线随意变化。由于结果阻抗通常对操作无影响，无需浪费时间或金钱设计控制它的方法。

但如果我们担心阻抗对操作的影响？我们可以设计一块板，使走线看起来像传输线，允许我们通过在其特征阻抗处终端来避免反射。设计受控阻抗电路如何工作？

当我们控制阻抗时，我们确保阻抗在走线每一点恒定，而不是像正常非受控阻抗情况那样点对点变化。要控制阻抗，我们需要控制电路几何形状的三个特征：走线宽度、信号回流路径与信号走线间距、走线周围材料的介电系数。您可能还想解决走线厚度。例如，同轴电缆是受控阻抗传输线。

您可以改变这些几何特征并仍保持受控阻抗，只要您根据需要改变其他特征，使这些方面间的关系不变且阻抗保持恒定。

要制造受控阻抗印刷电路板，必须能够测量阻抗。计算走线阻抗的最佳方法是使用走线阻抗计算器。您可以在网上或CAD软件中找到走线阻抗计算器。确定阻抗时有几个参数要考虑，包括：

一旦您计算出所有相关参数，可以调整上述所有参数（通常是走线宽度）以达到您寻找的阻抗。一旦您认为处于可接受阻抗，可以使用与实际板同时在同一面板上制造的测试样板测试板的有效性，这样您可以在不面临访问实际板上走线挑战的情况下获得良好阻抗读数。测试样板走线应与板走线相同以获得准确测试。

通常，制造商将在生产面板两端构建测试样板，以便通过测试两个样板，您无需损坏板即可获得非常可靠的阻抗读数。测试仪使用时域反射仪（TDR）或网络分析仪测量阻抗。

阻抗可使用网络分析仪、实验室时域反射仪（TDR）或采用TDR技术的受控阻抗测试系统测量。具有使用受控阻抗测试系统经验的工程师将运行阻抗测试以确保高质量结果。

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