为什么阻抗匹配很重要?阻抗匹配基本原理
和小孩子玩接球游戏可以教会我们很多关于PCB设计的知识。好吧，你不必相信我，但让我告诉你:以合适的速度把球扔给另一个人并击中目标需要手眼协调、肌肉力量和对基本物理力学的认识。我们大多数人在投掷时不会考虑太多，但对一个孩子来说，掌握这些基本原理有时就像攀登一座不可逾越的山峰。
事实上，PCB设计技能是非常相似的。无论是绘制目标位置，还是定位特别有问题或脆弱的部分，思维过程都是平行的。信号也需要准时、准确地到达。我们有时认为理所当然的基本的、教科书式的概念在被忽视时可能显得很重要，但也可以提供解决方案。
为什么阻抗匹配很重要?不匹配的阻抗导致问题
这里有一条快讯:PCB设计变得越来越复杂。无论是在消费市场还是工业市场，高速高频设备已经成为常态。而这仅仅是个开始。
当我们使用这些超高频设计时，我们必须考虑到基本原理。例如，阻抗匹配通常成为设计团队在使用中低频时的事后考虑。然而，阻抗匹配对射频和微波电路设计提出了挑战，因为误差窗口随着频率的增加而减小。高速数字电路需要非常稳定的控制阻抗，因为它会影响误码率、潜在的脉冲失真、反射和电磁干扰。
适当的电路工作取决于阻抗匹配，或者电路有效地将信号从源传输到路由，然后从路由传输到负载的能力。如果处理不当，阻抗会对电路性能产生显著的负面影响。如果没有适当的阻抗匹配，从源到负载的整个路径上都可能存在反射。
在衰减发生之前，信号愉快地在迹线中来回传播，并干扰传输的信号。高频线路中的反射波和驻波与期望的信号混合在一起，形成了一种振幅和相位失真的混合物。这种干扰的直接结果包括数据抖动和信噪比的降低。当从源到负载的距离增加时，驻波引起阻抗的涨落。
阻抗匹配基本原理
好的PCB设计需要注意基础知识。在考虑阻抗对电路的影响时，我们需要考虑电阻、电抗和阻抗之间的基本关系。
虽然您当然可以手动测试您的单个板，但SPICE模拟器可以帮助加快速度。
每个人都知道，电阻与稳定的电流相反，因此会减少能量。电抗测量由电容或电感引起的对电流的反对。虽然完美电阻不随频率变化，但频率变化对电容器或电感的影响会导致电感(XL)或电容(XC)电抗随交流信号的频率变化。
记住所有这些，让我们跳到阻抗。我们知道，阻抗是设备或电路与交流电流动的完全相反的部分。此外，我们还知道电容器的阻抗与电容成反比，而电感的阻抗与电感成直接关系。
将目的应用于阻抗知识
所有这些关于教科书基础知识的伟大信息与PCB设计的联系在哪里?无论PCB的大小，走线都形成传输线。特征阻抗(Zo)表示没有反射波的线路的恒定阻抗。当电路传送信号透射波到达负载后，反射波返回到源处，并且随着反射波的加入，传输线的输入阻抗发生变化。
阻抗匹配的目标是使负载阻抗看起来像源阻抗。为了实现有效的信号传输，我们需要达到50-Ω阻抗的特征阻抗目标，这是有效信号传输的最佳点。很少发生信号反射。良好的PCB设计实践力求在传输线连接处、元件连接处和端子处实现50 Ω的特性阻抗。
在整个电路中匹配阻抗可产生所需的低电压驻波比(VSWR)。低驻波比电路将最大的功率从源转移到负载。有更多的。数字电路提供理想的性能，因为转换时间短，时钟速率高。由于信号的快速、顺序传输，设备和电器具有更好的功能。不断提高信号切换速度需要另一种方法来控制传输线/PCB走线的阻抗。
尽早用SPICE控制阻抗
控制PCB阻抗首先要了解不同的变量对电路性能的影响。这些变量包括介电常数，电介质高度，走线厚度，衬底厚度，走线宽度。我们来考虑一下这些变量。每一种都涉及产生单位长度电感的物理几何。
由于有如此多的组件可供选择，设计可能很难管理。
现在，一切都开始走到一起。介电常数是电介质的介电常数与真空的介电常数之比。介电常数描述了铜对电场的影响，而介电常数显示了材料对外加电场的极化响应能力。在给定强度的电场中增加极化会导致介电常数增加。
对于任何PCB，走线设计或用于走线的材料都可能导致阻抗值发生变化。迹线方向的突然变化引起阻抗的变化。介电常数也会随着PCB走线的长度或宽度或频率和温度的变化而变化。每个方差都会影响射频电路的特性阻抗。阻抗的变化会降低信号增益、产生噪声或引起随机误差。
如果PCB设计在整个走线长度上具有特定的特性阻抗，则会出现受控阻抗线。由于电容是介电材料相对介电常数的函数，因此我们可以用具有均匀横截面几何形状和一致介电常数的走线来控制阻抗。随着电容的增大，特性阻抗减小。在设计方面，特性阻抗的变化会影响我们的阻抗匹配能力。具有较低介电常数的材料需要增加导体宽度以保持特性阻抗并减少损耗的机会。
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