阻抗的計算公式以及阻抗對pcb電路板的意義
- 發(fā)布時間:2022-09-13 10:13:31
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一、什么是PCB阻抗
在具有電阻、電感和電容的電路里,對交流電所起的阻礙作用叫做阻抗。在某一頻率下,電子器件傳輸信號線中,相對GND&VCC,其高頻信號或電磁波在傳播過程中所受的阻力稱之為特性阻抗,它是電阻抗,電感抗,電容抗的一個矢量總和。阻抗的單位是歐,常用Z來表示。
二 阻抗——其實是指電阻和對電抗的參數(shù),因為PCB線路(板底)要考慮接插安裝電子元件,接插后考慮導電性能和信號傳輸性能等問題,所以必然要求阻抗越低越好,電阻率要低于每平方厘米1×10的負6次方以下。
另一方面,PCB線路板在生產(chǎn)過程中要經(jīng)歷沉銅、電鍍錫(或化學鍍,或熱噴錫)、接插件焊錫等環(huán)節(jié)及該環(huán)節(jié)所使用的材料都必須保證電阻率底,才能保證線路板的整體阻抗低以至符合產(chǎn)品質(zhì)量要求,否則線路板將不能正常運行。
三、阻抗的計算公式
一般來說阻抗的影響因素是信號線寬w、信號線厚t、介質(zhì)層厚度h、介電常數(shù)εr 。常規(guī)來說阻抗與介電常數(shù)成反比,與介質(zhì)層厚度成正比,與線寬成反比,與銅厚成反比。
阻抗計算公式:
Z0=87/SQRT(εr+1.41)×ln[(5.98h)/(0.8w+t)]
Z0:印刷導線的特性阻抗
εr:絕緣材料的介電常數(shù)
h:印刷導線與基準面之間的介質(zhì)厚度
w:印刷導線的寬度
t:印刷導線的厚度
四、阻抗的類型
(1)特性阻抗
在計算機﹑無線通訊等電子信息產(chǎn)品中, PCB的線路中的傳輸?shù)哪芰浚?是一種由電壓與時間所構成的方形波信號(square wave signal, 稱為脈沖pulse),它所遭遇的阻力則稱為特性阻抗。
(2)差動阻抗
驅動端輸入極性相反的兩個同樣信號波形,分別由兩根差動線傳送,在接收端這兩個差動信號相減。差動阻抗就是兩線之間的阻抗Zdiff。
(3)奇模阻抗
兩線中一線對地的阻抗Zoo,兩線阻抗值是一致。
(4)偶模阻抗
驅動端輸入極性相同的兩個同樣信號波形, 將兩線連在一起時的阻抗Zcom。
(5)共模阻抗
兩線中一線對地的阻抗Zoe,兩線阻抗值是一致,通常比奇模阻抗大。
阻抗對于PCB電路板的意義
對電子行業(yè)來說,化學鍍錫層最致命的弱點就是易變色(即易氧化或潮解)、釬焊性差導致難焊接、阻抗過高導致導電性能差或整板性能的不穩(wěn)定、易長錫須,導致PCB線路短路以至燒毀或著火事件。
因為PCB線路板的主體線路是銅箔,在銅箔的焊點上就是鍍錫層,而電子元件就是通過焊錫膏(或焊錫線)焊接在鍍錫層上面的。
事實上,焊錫膏在融熔狀態(tài)焊接到電子元件和錫鍍層之間的是金屬錫(即導電良好的金屬單質(zhì)),所以可以簡單扼要地指出,電子元件是通過錫鍍層再與PCB板底的銅箔連接的,所以錫鍍層的純潔性及其阻抗是關鍵;
未有接插電子元件之前,我們直接用儀器去檢測阻抗時,其實儀器探頭(或稱為表筆)兩端也是通過先接觸PCB板底的銅箔表面的錫鍍層,再與PCB板底的銅箔來連通電流的,所以錫鍍層是關鍵。它是影響阻抗的關鍵和影響PCB整板性能的關鍵,也是易于被忽略的關鍵。
除金屬單質(zhì)外,其化合物均是電的不良導體或甚至不導電的(這也是造成線路中存在分布容量或傳布容量的關鍵),所以錫鍍層中存在這種似導電而非導電的錫的化合物或混合物時,其現(xiàn)成電阻率或未來氧化、受潮所發(fā)生電解反應后的電阻率及其相應的阻抗是相當高的(足以影響數(shù)字電路中的電平或信號傳輸,)而且其特征阻抗也不相一致。所以會影響該線路板及其整機的性能。
總的來說,PCB板底上的鍍層物質(zhì)和性能是影響PCB整板特征阻抗的最主要原因和最直接的原因,但又由于其具有隨著鍍層老化及受潮電解的變化性,所以其阻抗產(chǎn)生的憂患影響變得更加隱性和多變性。
其隱蔽的主要原因在于:第一不能被肉眼所見(包括其變化),第二不能被恒常測得,因為其有隨著時間和環(huán)境濕度的改變而變的特性,所以易被人忽略。
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