该计算器测量电路设计人员的一个关键方面：差分走线阻抗 (Z_diff)。这种阻抗对于在使用差分信号的环境中管理信号质量非常重要，差分信号在高速数据传输技术中很常见。通过确保阻抗正确匹配，设计人员可以减少信号损失和干扰，这对于保持电子系统的高性能至关重要。
差分走线阻抗计算器公式
一对微带线的差分走线阻抗 (Z_diff) 使用以下公式计算：
Z_diff = 2 * Z_0 * ((1 – k * e^(-d/(2h))) / (1 + k * e^(-d/(2h))))
地点：
- Z_diff 是差分走线阻抗。
- Z_0 是单条走线的特性阻抗。
- k 是迹线之间的耦合系数。
- d 是两条迹线之间的中心距。
- h是介电基板的高度。
计算耦合系数
您可以通过以下方式估计耦合系数 (k)：
k = (Z_0 – Z_c) / (Z_0 + Z_c)
地点：
- Z_c 是差分对的奇模阻抗。
单条走线的特性阻抗
对于微带线，计算 Z_0 如下：
Z_0 = 87 / sqrt(ε_r + 1.41) * ln(5.98h / (0.8w + t))
地点：
- ε_r 是介电材料的相对介电常数。
- h是介电基板的高度。
- w 是走线的宽度。
- t 是走线的厚度。
奇模阻抗
您可以使用以下方法近似奇模阻抗 (Z_c)：
Z_c = Z_0 / sqrt(1 – k^2)
参考表
| 产品型号 | 图形符号 | 典型值 | Units |
|---|---|---|---|
| 电介质的相对介电常数 | ε_r | 4.0 - 6.0 | – |
| 介电基板的高度 | h | 0.8 - 1.6 | mm |
| 走线宽度 | w | 0.1 - 0.5 | mm |
| 走线的厚度 | t | 0.035 - 0.1 | mm |
| 单条走线的特性阻抗 | Z_0 | 50 - 70 | 欧姆 |
| 差分对的奇模阻抗 | Z_c | 80 - 120 | 欧姆 |
| 耦合系数 | k | 0.1 - 0.3 | – |
差分走线阻抗计算器示例
让我们使用以下参数计算典型 PCB 设计的差分走线阻抗：
- 单条走线特性阻抗（Z_0）：50欧姆
- 耦合系数（k）：0.3
- 走线之间的距离 (d)：0.8 毫米
- 电介质基板的高度(h)：1.6mm
逐步计算：
- 计算指数因子：
- 公式的指数部分：e^(-d/(2h))
- 计算：e^(-0.8/(2*1.6)) = e^(-0.25) ≈ 0.7788
- 计算差分走线阻抗 (Z_diff)：
- 公式：Z_diff = 2 * Z_0 * ((1 – k * exp) / (1 + k * exp))
- 计算：Z_diff = 2 * 50 * ((1 – 0.3 * 0.7788) / (1 + 0.3 * 0.7788))
- Z_diff ≈ 2 * 50 * (0.76664 / 1.23336) ≈ 2 * 50 * 0.621
- Z_diff ≈ 62.1 欧姆
这个大约 62.1 欧姆的结果是 PCB 上这些特定条件下的差分迹线阻抗。
最常见的常见问题解答
1. 哪些因素对差分走线阻抗影响最大？
影响差分走线阻抗的最重要因素包括走线的物理尺寸（宽度、厚度和间距）、所用介电材料的特性（例如其相对介电常数）以及走线之间的耦合系数。这些参数的变化会显着改变阻抗值，从而影响 PCB 的整体性能。
2. 走线间距如何影响阻抗计算？
走线间距在确定差分阻抗方面起着至关重要的作用。更近的间距会增加走线之间的电磁耦合，从而降低差分阻抗。相反，较大的间距往往会降低耦合，这可能会增加差分阻抗。最佳间距对于平衡阻抗和最小化串扰至关重要。