PCB上的阻抗设计如何变得简单

1、什么是阻抗？它与电阻难道不是一样的吗？

关于阻抗（Impedance），发现很多刚接触到这个概念的小伙伴经常把它与电阻（Resistance）看作是同等的概念。可能阻抗与电阻按中文名称来说，他们都带一个阻字，而且单位都是Ω，然后阻抗与电阻这两个单位还与电压和电流的比值有关联，所以刚接触阻抗这个概念的小伙伴难免会认为阻抗就是电阻的另一种中文名称吧。

软件右侧的计算结果是走线长度与走线电阻的对应关系图，按照上边的计算参数，50Ω电阻的走线长度需要大约240000 mil，换算为公制单位约为 6096 mm，好家伙，需要6米的走线，DDR布线每根线都绕50Ω？不可能，根本不可能啊，PCB面积都不够绕线的。

通常来说，如果不是出于特殊目的，我们总是希望PCB上的布线电阻越低越好的，因为电阻的存在，在PCB上铜走线所引导的能量，会因金属导线内自由电子与晶格之间的碰撞造成一部分能量转换为焦耳热，这也称为欧姆损耗，是造成PCB上直流电压降（DC IR Drop）以及信号幅值降低的原因。

2、阻抗并不等同于电阻

阻抗（Impedance）一词，是英国物理学家奥利弗·亥维赛（Oliver Heaviside，1850年5月18日—1925年2月3日）提出来的名称。为了解决当时跨大西洋电报电缆的信号在长线传输中信号严重失真的问题，他开始研究电磁波在传输线中的传播现像，并基于基尔霍夫电压定律及基尔霍夫电流定律，推导出了电报方程或称为传输线方程，使得可以用电路简单而直观的概念来分析电磁波在传输线上传播的问题。

3、为什么要控制阻抗？

如上一小节所述，奥利弗·亥维赛为了解决解决跨大西洋电报电缆的信号在长线传输中信号的严重失真问题，提出了传输线方程，以解决在传输线上更好地引导电磁波的问题，在他发表的研究论文里提出了阻抗的概念，然后还申请了同轴电缆的发明zhuanli。

电磁波具有传播速度、衍射、干涉、折射、反射等物理特性，电磁波沿传输线传播，在传输线的阻抗突变处就会发射电磁波的反射现像，这种由于阻抗变化而引起的反射是信号失真和信号质量退化的主要根源。

反射的影响是由传输线的长度以及信号的上升/下降沿时间共同决定的。一个初略的经验法则是，如果信号在传输线上传输时所产生的时延Td小于信号脉冲上升/下降沿时间的20%，这时即使信号到达负载端后发送了反射，但此时源端的信号正处于上升/下降沿的变化阶段，反射的信号会被上升/下降沿变化的信号所掩盖掉。

另一个消除信号反射影响的措施就是使用具有阻抗匹配管控的传输线结构，通过控制走线和参考平面的几何结构和叠层方式，可以得到不同形式的传输线，这就需要合理安排叠层结构。

虽然双面板也能实现阻抗控制，但如果要实现50Ω的阻抗控制，电路板的面积就变得特别大，而现代电子产品越来越小巧，功能更加集成，这就不得不提到高多层板的应用，在很小的面积上实现功能模块精密布局，还能实现无数种阻抗。

与单面、双面板相比，生产高多层需要处理层间连接、层间堆叠和对准、信号完整性和电磁干扰以及热管理等难题，对工艺能力和精度控制要求非常高。而嘉立创作为深耕PCB行业近20年的专业厂商，以助力全球硬件创新为己任，在高多层板制造板块，给电子产品研发提供了极大的支持。