电路板设计如何控制阻抗

1. 特性阻抗

传输线与特性阻抗的关系：信号在传输线中传输的过程中，信号到达的每一个点，传输线和平面之间会形成电场，由于电场的的存在，会产生一个瞬间的小电流，这个小电流在传输线上的每一点都存在。同时信号也存在一定的电压，这样在信号的传输过程中，传输线的每一点就会等效成一个电阻，这个电阻就是我们所指的特性阻抗。

在高速应用场景，信号传输线已经不能看作理想导线，不能忽略传输线上的一些寄生参数，如寄生电阻、寄生电容、寄生电感。特性阻抗就是一个综合传输线场景下这些参数的合成参数。

2. PCB如何计算特性阻抗

使用现成的工具：如SI9000、嘉立创阻抗计算神器等。使用阻抗计算工具，是为了得到我们的设计规则，线宽线距是多少，从而控制阻抗。

以嘉立创阻抗计算神器为例：

计算方法：选择板层数、选择板厚、添加所需阻抗计算（输入所求阻抗值，选择阻抗类型），得出方案以及所需对应阻抗PCB板设计线宽线距值。

3. 为什么高速PCB设计和多层板相随？

2层板主要算的是共面阻抗，而如果考虑单端阻抗，可以看到，2层板线宽特别宽：

而4层板有了参考平面后，控制单端阻抗的就可以把线宽降下来：

4. 不控阻抗会有什么影响？

在高速信号传输过程中，如果PCB上的阻抗一直在不断变化，就会形成信号的反射。反射幅度取决于阻抗之间变化的大小差异，阻抗差异越大，造成的信号反射越大。

1、信号反射：当传输线上的阻抗不匹配时，信号会在不匹配点发生反射。这种反射信号会与原始信号叠加，导致信号失真或产生噪声。

2、信号衰减：阻抗不匹配还会导致信号在传输过程中衰减，使得信号强度逐渐降低。这可能使得信号在到达接收端时无法被正确识别，从而影响系统的性能。

5. 特性阻抗分为哪些种类？ 5.1. 差分阻抗

差分阻抗分为差模阻抗和共模阻抗，其中差模阻抗用于描述正负差分信号之间的阻抗，而共模阻抗则用于描述这两个信号与地之间的阻抗。常见的差分阻抗值有90欧姆、100欧姆等。差分信号传输是一种常用的信号传输方式，它利用一对幅度相等但极性相反的信号来传输信息，这种方式可以有效地抑制共模噪声和干扰，提高信号的抗干扰能力和传输质量。

5.2. 单端阻抗

单端阻抗（Single-Ended Impedance）是指在单端信号传输中，信号线与地（GND）或参考平面之间所呈现的阻抗特性。单端信号传输是一种常用的信号传输方式，它使用一个信号线来传输信号，而信号线与地或参考平面之间则形成回路。常见的单端阻抗值有50欧姆、75欧姆等

虽然单端信号线都可以按照50Ω阻抗来匹配（所以的线都可以理解为单端信号，因为从一个点到另一个点），但其实只要控制相对频率比较高的速率就可以了。一般的串口信号线、GPIO口的线（频率不高）可以不用阻抗匹配。

5.3. 共面阻抗

共面阻抗（Coplanar Impedance）是指在同一平面内的信号线与其周围的参考地（GND）或电源（VCC，视具体电路设计而定）之间传输信号时所表现出的阻抗特性。

共面阻抗用的更少了（一般用在2层板里面，因为2层板不会参考底下的平面，因为底下的平面不是一个完整的平面，那就只能参考两边大面积的地铺铜了，所以两层板如果要走一个阻抗，就是用共面阻抗了）