了解特性阻抗：2个类型，6个作用

特性阻抗是电磁波在传输线中传播时遇到的阻抗，反映了信号传输的质量和效率。在PCB设计中，控制特性阻抗对确保信号完整性和减少反射至关重要。

特性阻抗（Z₀）是传输线上电压波与电流波的比值。

计算公式为：

其中：

• R 为单位长度电阻；

• L 为单位长度电感；

• G 为单位长度电导；

• C 为单位长度电容；

• ω 为角频率（ω=2πf，f是频率）；

• j 为虚数单位（j²=-1）；

01 单端阻抗

单端阻抗（Single-Ended Impedance）是指信号线与参考平面（通常是地平面或电源平面）之间的阻抗，适用于单端信号传输。

• 常见的单端阻抗值有50Ω、75Ω等。

在高频下，单端特性阻抗可简化为：

其中：

• L 是单位长度的电感；

• C 是单位长度的电容；

02 差分阻抗

差分阻抗（Differential Impedance）是指一对差分信号线之间的阻抗，适用于差分信号传输。

差分阻抗可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；共模阻抗则用于描述这两个信号与地之间的阻抗。常用于高速信号传输（如USB、HDMI、PCIe、以太网等）。

• 常见的差分阻抗值有90Ω、100Ω等。

在高频下，差分特性阻抗可简化为：

其中：

• Z₀是单端阻抗；

• k 是两条差分线之间的耦合系数（通常为0.1~0.3）；

03 阻抗控制作用

在PCB设计中，如果不控制阻抗，可能会对信号完整性、系统性能和可靠性产生严重影响。

• 当信号在传输线中遇到阻抗不连续点时（如阻抗不匹配），部分信号会被反射回源端。

• 阻抗不匹配会增加信号之间的电磁耦合，导致相邻信号线之间的干扰。

• 阻抗不匹配会导致信号能量损失，信号衰减，可能使得信号在到达接收端时，无法被正确识别。

• 阻抗不匹配会影响信号的传播速度和时序，时序偏差错乱，导致数据错误，系统无法同步。

• 阻抗不匹配会引起时钟信号的反射和失真，时钟信号不稳定或抖动，会导致系统时序紊乱，降低系统性能。

• 阻抗不匹配会影响电源分布网络，导致信号能量通过电源或地线传导，增加电源噪声，影响系统稳定性。