Common PCB Circuit Design —— (013) 阻抗不连续的匹配 (Not translated)
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‌阻抗不连续‌是指在信号传输过程中,由于介质或结构的变化导致信号反射、折射、散射或模式转换的现象。有点像光学中的折射面反射。


阻抗不连续会导致信号的反射和叠加。在高频数字电路中,必须注意这一电磁自扰。

最简单的消除信号反射的方法:
阻抗匹配方法:使得端接点上,信号源输出阻抗=传输线特性阻抗=负载输入阻抗


一般传输线的特性阻抗计算公式:

Z0=sqrt( (R+jωL)/(G+jωC) );

R为单位长度电阻,可以由LRC测试仪测得(电阻特性)
L为单位长度电感,可以由LRC测试仪测得(电感特性)
G为单位长度电导(1/R)
C为单位长度电容,可以由LRC测试仪测得(电容特性)
ω为信号角频率
j为复数复部


使用阻抗匹配方法的目标是消除反射驻波。
实际设计中,使用ADS、HFSS、CST等仿真工具进行仿真和计算。(未实践知识点)

LRC测试仪又叫LCR数字电桥、LCR镊子电桥,淘宝搜“LCR数字电桥 LCR镊子电桥”即可,便宜的百元左右。



从DeepSeek中得到的待学习与提高的知识点:
高频PCB设计,传输线特性阻抗计算方法:

微带线:微带线是PCB表面的一根导线,下方是介质层和参考地平面。其特性阻抗公式为:
Z0=87/sqrt(εr+1.41)*ln(5.89h/(0.8ω+t))
r :介质的相对介电常数
h:介质厚度(导线到地平面的距离)
w:导线宽度
t:导线厚度
适用场景:高频信号传输,常用于表层布线。

带状线:带状线是夹在两个地平面之间的导线。其特性阻抗公式为:
Z0=60/sqrt(εr)*ln(5h/(0.67πω(0.8+t/ω)))
r :介质的相对介电常数
h:介质厚度(导线到地平面的距离)
w:导线宽度
t:导线厚度
适用场景:需要更高屏蔽性和稳定性的高频信号传输,常用于内层布线。

共面波导:共面波导是导线与地平面在同一层的结构。其特性阻抗公式较为复杂,通常借助仿真工具计算,但近似公式为:
Z0≈30π/sqrt(εeff)*K(k')/K(k)
εeff:有效介电常数
K(k):第一类完全椭圆积分
k和k':是与几何参数相关的系数,k=a/b,a:中心导带宽度的一半,b:中心导带与地平面之间的间隙宽度加上中心导带宽度的一半(即 b=a+s,s 是间隙宽度)
其中,εeff:有效介电常数为(εr+1)/2+(εr-1)/2*(1/sqrt(1+12*h/ω))
εr:介质的相对结点常数
h:介质厚度
w:导线宽度
适用场景:高频和微波电路,适用于需要低损耗和高隔离的场景。

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