特性阻抗之原理与应用

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1、特性阻抗之原理與應用CharacteristicImpedance一、前題1、導線中所傳導者為直流（D.C.）時，所受到的阻力稱為電阻（Resistance），代表符號為R，數值單位為“歐姆”（ohm,Ω）。其與電壓電流相關的歐姆定律公式為：R=V/I；另與線長及截面積有關的公式為：R=ρL/A。2、導線中所傳導者為交流（A.C.）時，所遭遇的阻力稱為阻抗（Impedance），符號為Z，單位仍為Ω。其與電阻、感抗及容抗等相關的公式為：Z=√R2+(XL—Xc)23、電路板業界中，一般脫口而出的

2、“阻抗控制”嚴格來說并不正确，專業性的說法應為“特性阻抗控制”（CharacteristicImpedanceControl）才對。因為電腦類PCB線路中所“流通”的“東西”并不是電流，而是針對方波訊號或脈沖在能量上的傳導。此種“訊號”傳輸時所受到的“阻力”另稱為“特性阻抗”，代表的符號是Zo。計算公式為：Zo=√L/C，（式中L為電感值，C為電容值），不過Zo的單位仍為歐姆。只因“特性”的原文共有五個章節，加上三個單字一并唸出時拗口繞舌十分費力。為簡化起見才把“特性”一字暫時省掉。故知俗稱的“

3、阻抗控制”，實際上根本不是針對交流電“阻抗”所進行的“控制”。且即使要簡化掉“特性”也應說成ControlledImpedance，或阻抗匹配才不致太過外行。圖1PCB元件間以訊號（Signal）互傳，板面傳輸線中所遭遇的阻力稱為“特性阻抗”二、需做特性阻抗控制的板類電路板發展40年以來已成為電機、電子、家電、通信（含有線及無線）等硬體必備的重要元件。若純就終端產品之工作頻率，及必須阻抗匹配的觀點來分類時，所用到的電路板約可粗分為兩大類：1、高速邏輯類：　第17頁共17頁早期資訊工業（Infor

4、mationTechnologyIndustry）在作業速度還不是很快時，電路板只是一種方便零件組裝與導通互連（Interconnection ）的載板或基地而已。故板中布線完全以導電為著眼點主，設計與品管上只要具備直流電與交流電的觀點即可。近年來板面元件之間的線路，在數位式訊號（DigitalSignal）傳遞速度日漸增快之下，板中的布線還應將與電磁波（ElectromagneticWave）有關的方波傳播（Propagation）觀念納入才是。于是原來簡單的導線，逐漸轉變成高頻類（又稱射頻R

5、.F.）與高速（又稱邏輯頻率L.F.）用途的復雜傳輸線（TransmissionLine）了。此種傳輸線在品質上要比傳統導線嚴格很多。不再是Open/Short測試過關，或缺口與毛頭未超過線寬的20%，就能“允收”（Accepted）的事。必須要求所測到的“特性阻抗”（CharacteristicImpedance）值，也應控制在公差之內才能出貨，否則只有報廢一途根本無法“重工”（Rework）挽救。是以“特性阻抗控制”已成為“高速邏輯線路板”類的重要品何項目。國內PC上下流游業者早已成為世界重

6、鎮，執全球量產之牛耳，對這方面的技術當然不能掉以輕心。圖2以某八層板為例，L1/L8均用以安裝零件，已無多余空間布置線路。因而其訊號線分列在2、3、6、7層中，另以L4/L5為電壓層與接地層，其中L2/L3之線路互相垂直，故均可對L4分別組成微條線（Microstrip）的形態。另L7/L8也可對應L5構成另二組微條線。其等可分別利用TDR的兩支探針進行測試2、高頻類比通信類：所謂高頻或“射頻”（RadioFrequency簡稱RF）級的電子產品，是指與無線電之電磁波有關，而是以類比式正弦波傳播

7、的產品，如雷達、電視、廣播、大哥大、微波、光織通信等。由于國內業界多年來一直專注在個人電腦，及相關產品領域中努力發展，甚少涉足于RF範疇。且RF所用到的板量（按面積計算）也不是很大，加以外國同業采高品級之寡占高單價方式保護，致使本地PCB生產者難以入門，且興趣不高。多年來在此等特殊板材（如PTFE或其他高功能板材）與阻抗控制技術方面，幾乎交了白卷。如今大哥大二哥大之流行充斥，而光織通信又將大行其道之際，國內下游系統業者即因起步太晚經驗不足，竟然無法掌握大好商機，平白放棄半壁江山實在可惜。　第17

8、頁共17頁3、兩類電路板在特性方面的比較：現將電腦邏輯與射頻通信兩類PCB之特性比較如下：表1兩類傳輸線的特性比較HighSpeedLogic線路射頻（RF）/微波（Microwave）線路線路與布局非常復雜特性阻抗（Zo）的公差值較大板材散失因數（Df）之公差也較寬非常要求輕薄短小需求許多訊號層與電壓層的多層板導體線路的尺寸公差較大介質常數要求很低線路與布局都很簡單特性阻抗（Zo）的公差值很小板材散失因數之公差非常嚴格要求輕薄短小只要求單/雙面板導體線路的尺寸公差非常嚴謹介質常數要求很低圖3常