阻抗，比較通俗地講，就是在具有電阻、電感和電容的電路里，對(duì)電路中的電流起阻礙的作用叫做阻抗，以歐姆作為單位。

任何線路在通過一定的交流頻率下，都會(huì)呈現(xiàn)出特定的阻抗，它會(huì)隨著交流頻率的增加而增加。我們常說的特征阻抗即是交流信號(hào)在傳輸過程中，在信號(hào)到達(dá)的某個(gè)點(diǎn)，傳輸線和參考平面之間會(huì)形成一個(gè)電場(chǎng)，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)瞬間的小電流，這個(gè)小電流在傳輸線中的任何一個(gè)點(diǎn)都是存在的，傳輸線的每一點(diǎn)就會(huì)等效成一個(gè)電阻，這個(gè)電阻就被稱為線路的特征阻抗。任何一根導(dǎo)線，在流經(jīng)高頻信號(hào)時(shí)，都會(huì)呈現(xiàn)出特定的電抗特性。 

計(jì)算公式：Z= R+j (XL–XC)。其中R為電阻，XL為感抗，XC為容抗。如果( XL–XC) > 0，稱為“感性負(fù)載”；反之，如果( XL–XC) < 0稱為“容性負(fù)載”。電阻、電感的感抗、電容的容抗三種類型的復(fù)合物，統(tǒng)稱“阻抗”。

為什么要阻抗匹配：

阻抗匹配就是為了信號(hào)能更好的傳播。我們希望有用信號(hào)能夠無衰減或者以最小衰減的方式傳輸?shù)截?fù)載，如果阻抗不匹配的話，反映到系統(tǒng)上就是該器件的回波損耗差。這個(gè)反射回去的信號(hào)，會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成很大的影響，甚至燒壞某些器件。對(duì)于EMC而言，這個(gè)被反射的信號(hào)，還會(huì)引起對(duì)外的電磁輻射，從而降低了電路的電磁兼容性能，嚴(yán)重時(shí)會(huì)直接影響到設(shè)備或系統(tǒng)的安全性。 下圖是理想的阻抗匹配模型，以射頻信號(hào)50歐姆為例，即源阻抗＝傳輸阻抗＝負(fù)載阻抗＝50歐，在實(shí)際的工程應(yīng)用中，這樣的結(jié)論是不存在的，我們常說的阻抗匹配，只是通過電路設(shè)定，使源阻抗、傳輸阻抗、負(fù)載阻抗三者趨于理想的狀態(tài)。

我們知道，阻抗匹配的兩個(gè)基本條件：一是負(fù)載阻抗等于源內(nèi)阻抗，即它們的模與輻角分別相等；二是負(fù)載阻抗等于信源內(nèi)阻抗的共軛值，即它們的模相等而輻角之和為零。

要達(dá)到阻抗匹配，設(shè)計(jì)時(shí)可采用兩種基本方法：一是改變阻抗力，改變阻抗力就是通過電容、電感與負(fù)載串、并聯(lián)，來調(diào)整負(fù)載阻抗值，以達(dá)到源和負(fù)載阻抗之間的匹配；二是調(diào)整傳輸線，調(diào)整傳輸線是加長(zhǎng)源和負(fù)載間的距離，配合電容和電感把阻抗力調(diào)整為零。此時(shí)信號(hào)不會(huì)發(fā)生反射，能量都能被負(fù)載吸收。

影響PCB阻抗的因素：

前面講過兩個(gè)基本條件和兩個(gè)基本方法，可想而知，PCB的設(shè)計(jì)對(duì)于阻抗匹配起著至關(guān)重要的決定。高速PCB布線中，一般把數(shù)字信號(hào)的走線阻抗設(shè)計(jì)為50歐姆，差分信號(hào)線設(shè)計(jì)為90-100歐姆。高頻領(lǐng)域中，信號(hào)頻率對(duì)PCB走線的阻抗值影響非常大，同一線路或系統(tǒng)中，信號(hào)頻率越高、呈現(xiàn)的阻抗越大，一般來說當(dāng)數(shù)字信號(hào)邊沿時(shí)間小于1ns或者模擬信號(hào)頻率超過100M時(shí)就必須考慮阻抗問題。PCB走線的阻抗主要來自寄生的電容、電阻和電感系數(shù)，主要因素有材料介電常數(shù)、線寬、線厚乃至焊盤的厚度等。PCB阻抗的范圍是25至120歐姆，如USB、LVDS、HDMI、SATA等，為了達(dá)到傳輸效率，降低電磁輻射，一般會(huì)做90-100歐姆阻抗控制。在PCB走線設(shè)計(jì)中，影響阻抗匹配的因素較多，主要有：

1）PCB板厚，板材的介質(zhì)；

2)頂層走線寬度，銅厚度；

3)線間距，走線周圍包地間距；

4)PCB走線的長(zhǎng)度;

5)PCB過孔；

6)表面綠油厚度；

要實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，需要使用TDR來進(jìn)行測(cè)量，如果阻抗值沒有進(jìn)行仿真，我們?nèi)匀恍枰鶕?jù)實(shí)際工程應(yīng)用來進(jìn)行調(diào)整。

差分線設(shè)計(jì)

差分線等長(zhǎng)包地設(shè)計(jì)

對(duì)于寬度確定的PCB走線，有以下幾個(gè)因素會(huì)影響到走線的阻抗。

首先是 PCB 走線和參考平面的高度，走線距參考平面越低，走線上的近場(chǎng)EMI可以被很好地吸收，也就是說PCB走線離參考平面的高度越低意味著輻射越小，EMC效果越好；其次，干擾會(huì)隨走線高度發(fā)生明顯的變化，把PCB走線的高度減少一半，干擾會(huì)減少到近四分之一；最后，介質(zhì)高度的影響，走線確定的情況下，介質(zhì)高度越低，其阻抗越小，不易受電容性負(fù)載影響，由于受PCB加工工藝的限制和芯片阻抗的設(shè)計(jì)要求，走線阻抗一般很少有低于50歐姆的要求，50歐姆也是射頻領(lǐng)域通用的阻抗標(biāo)準(zhǔn)。

阻抗匹配的方式：

阻抗匹配的方法有很多，但在EMC調(diào)試整改的工程應(yīng)用中，阻抗匹配的方法主要運(yùn)用串聯(lián)、并聯(lián)和RC三種終端匹配方案。

1）串聯(lián)終端匹配

串聯(lián)終端匹配簡(jiǎn)單理解就是在源端與負(fù)載端增加一個(gè)合適電阻，使源端、傳輸線、負(fù)載端達(dá)到匹配的目的。優(yōu)點(diǎn)是器件單一，只需要一個(gè)電阻元件，能抑制振鈴，減少過沖，可以增強(qiáng)信號(hào)完整性，產(chǎn)生更小的EMI。

2）并聯(lián)終端匹配

并聯(lián)終端匹配是通過一個(gè)電阻R將傳輸線的末端（可能是開路，也可能是負(fù)載）接到地或者接到VCC上，電阻R的值必須同傳輸線的特征阻抗匹配，以消除信號(hào)的反射。優(yōu)點(diǎn)是器件單一，只需要一個(gè)電阻元件，適用于分布式負(fù)載，反射幾乎可以完全消除，電阻阻值易于選擇。

3）RC終端匹配

RC終端匹配的優(yōu)勢(shì)在于終端匹配電容阻斷了直流通路，因此節(jié)省了電路的功率消耗，同時(shí)恰當(dāng)?shù)剡x取匹配電容的值，可以確保負(fù)載端的信號(hào)波形接近理想的方波，同時(shí)信號(hào)的過沖與下沖又都很小。缺點(diǎn)是電容值非常難匹配，匹配不好時(shí)，不僅不能達(dá)到阻抗匹配的目的，反而因RC的時(shí)間常數(shù)不正確，形成一個(gè)尖峰發(fā)生器，引起信號(hào)過沖和輻射。

阻抗匹配整改案例分析：

某車載顯示系統(tǒng)，EMC試驗(yàn)過程中，輻射發(fā)射項(xiàng)目在導(dǎo)航頻段超標(biāo)，頻譜圖如下，分析數(shù)據(jù)后，從波形判斷，該噪聲呈一定的倍數(shù)關(guān)系，計(jì)算兩頻率點(diǎn)的間隔大致在5.6MHz左右，可能是某一頻率的高次諧波信號(hào)，對(duì)于高頻信號(hào)而言，頻率越高，波長(zhǎng)越短，輻射所需的天線長(zhǎng)度就越短，接近1/4即可形成有效輻射。在電子電路中，模擬電路、開關(guān)電源等，其諧波能量很少能倍至GHz級(jí)別，只有高速信號(hào)或數(shù)字信號(hào)，才可能達(dá)到這個(gè)級(jí)別。

不合格數(shù)據(jù)

整改過程中，采用近場(chǎng)探頭和頻譜儀進(jìn)行噪聲跟蹤定位，經(jīng)排查確認(rèn)，最大輻射區(qū)域?yàn)槠硫?qū)動(dòng)芯片與顯屏接口處。頻譜儀曲線圖如下圖所示，頻率點(diǎn)與掃描數(shù)據(jù)完全吻合，精準(zhǔn)定位出電路的輻射源。

分析電路原理，屏信號(hào)采用的差分傳輸方式，差分信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)，時(shí)序精準(zhǔn)，能夠精確識(shí)別小幅度信號(hào)，能夠減少共模噪聲信號(hào)。但是在PCB設(shè)計(jì)時(shí)，如果傳輸線路的阻抗失配，高頻信號(hào)將會(huì)被反射號(hào)，對(duì)空間形成輻射。對(duì)于高速信號(hào)線，尤其是差分信號(hào)線的電磁輻射，首先要考慮是否是由于傳輸阻抗失配反射引起的輻射，通過前面對(duì)阻抗匹配的原理講解和工程應(yīng)用方法，最直接的方法就是改變傳輸線路中的匹配電阻從而改善EMI性能。由于在設(shè)計(jì)中，影響阻抗匹配的因素較多，理論參數(shù)與實(shí)際參數(shù)可能存在偏差，仍然要以工程調(diào)試結(jié)果為準(zhǔn)。

通過不斷地調(diào)試和驗(yàn)證，將差分信號(hào)的匹配電阻更換為90歐姆效果最好,經(jīng)調(diào)整后再測(cè)試，高頻諧波得到很好地抑制，最終測(cè)試通過。

合格數(shù)據(jù)

項(xiàng)目總結(jié)：

高速電路的傳輸信號(hào)必須考慮其阻抗匹配問題，只有實(shí)現(xiàn)了輸出阻抗與負(fù)載阻抗“完美”的匹配，才能實(shí)現(xiàn)電磁波信號(hào)的無反射傳輸，改善EMI性能，如果傳輸線路中出現(xiàn)不匹配就會(huì)引起嚴(yán)重的信號(hào)反射，這不僅影響信號(hào)的傳輸效率、信號(hào)質(zhì)量，還會(huì)影響產(chǎn)品的EMC性能，導(dǎo)致輻射測(cè)試不通過，在電路的前期設(shè)計(jì)不充分的情況下，需要反復(fù)的整改調(diào)試，不僅延長(zhǎng)了產(chǎn)品檢測(cè)周期，還增加了認(rèn)證檢測(cè)的成本。只有在PCB設(shè)計(jì)之初，將阻抗匹配的各種不利因素考慮在其內(nèi)，即便在EMC檢測(cè)過程中出現(xiàn)問題，也能精準(zhǔn)定位故障，快速調(diào)試參數(shù)，解決各種信號(hào)干擾問題，最終順利通過產(chǎn)品的認(rèn)證檢測(cè)。

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