用于高速和高频应用的印刷电路依赖于功能优良的传输线进行信号传输。在这些应用中最常用的三种传输线技术是微带、带线和接地共面波导(GCPW)传输线。理想情况下，通过这些传输线的损失是最小的，这就要求电阻抗是一致的，没有中断，并具有最适合通过电路传输的信号类型的值。电路标称阻抗的变化会导致插入损失增加，返回损失增加，辐射能量更高，信号完整性(SI)降低，上升时间降低。许多因素都会影响PCB的阻抗，包括电路和电路材料的物理和电气特性，但通过回顾和更好地理解这些变量，可以将其影响降到最低。

几种不同类型的阻抗与高速、高频PCB传输线相关，包括波阻抗、输入阻抗、特性阻抗和频率相关阻抗。例如，对于射频/微波电路，50 Ω的特征阻抗通常用于低损耗性能。特征阻抗Z₀电路的，可定义为波沿一个方向传播而不受电路中任何其他波干扰时的电压与电流之比。用数学术语来说，很简单

Z₀= V (x) / (x)

其中V(x)为电压，I(x)为电流。为考虑高频/高速电路所需的电感(L)和电容(C)的影响，微带的特性阻抗可由电感除以电容的平方根确定:

Z₀=(信用证)^0．5

其中C是电路衬底介电常数(Dk)与信号平面与地平面之间的面积除以衬底厚度的乘积的函数，或C = (Dk面积)/厚度。对于较厚的衬底，电容降低，阻抗增加。较低的电容对电流流动所需的电子流动的支持较小。对于较薄的衬底或Dk较高的衬底，在支持较大电流流量的情况下，电容增大而阻抗减小。更宽的导体会增加面积，达到同样的效果。

这种关于电感和电容的阻抗关系是无损的，与频率无关。为了解释复杂电路(如微分电路)中众多的电感和电容，可以使用更全面的关系。这种关系与频率有关，确实包括导体损耗和介质损耗:

Z₀= [(R + jωL)/(G + jωC)]^0．5

在哪里

ω = 2πf为角频率;
G与介质损耗有关;而且
R与导体损耗有关。

电感和电容对电路阻抗有相反的影响。电感的增加会导致阻抗的增加，而电容的增加会导致阻抗的降低。例如，在一个50-Ω的系统中，阻抗变化可能一次达到45 Ω，另一次达到55 Ω，阻抗的下降可能是由于电容的增加，而阻抗的上升可能是电感增加的结果。

传输线的物理特性会影响电容和阻抗，进而影响电路阻抗。当导体变得更窄时，电感增加，阻抗增加。导体越宽，电容越大，阻抗越小。

阻抗的突然变化或阻抗的差异对于保持高速/高频电路的高性能是有问题的。这种变化可以发生在任何传输线连接处，例如在同轴连接器和PCB的进给点之间。阻抗的变化会导致射频/微波信号或高速数字信号反射回信号源。这导致更少的能量传递到负载以及与反射能量干扰传播的正向能量从源到负载。

输电线路跟踪

对于高速/高频电路，理想的信号路径始终保持相同的阻抗，例如50-Ω的特征阻抗，沿路径的能量损失最小。这些信号路径大多使用微带、带状线或GCPW，它们可以集成到复杂的多层电路中。封闭形式的方程可用来确定这些电路结构的阻抗，尽管场求解技术通常提供更准确的结果。

例如，确定微带阻抗的封闭形式方程是

Z₀= [87/(Dk +1.41)]^0．5]{ln[5.98H/(0.8W + T)]}

在哪里

H为电介质衬底的厚度;
W为传输线宽度;而且
T为传输线铜层厚度。

为了简化计算，可以从Rogers Corp.技术支持中心免费下载MWI-2017阻抗建模软件。www.rogerscorp.com/techub

带状线传输线阻抗的计算方法与微带线阻抗的计算方法类似:

Z₀= [60 / (Dk)^0．5{ln [1.9B/(0.8W + T)]}

在哪里

B为介质衬底从接地面到接地面的厚度;
T为带状线导体的厚度;而且
W为带状线导体的宽度。

GCPW是一种比微带或带状线更复杂的器件，相应的，用于预测阻抗的封闭方程也更复杂。但同样，免费的MWI-2017软件提供了一种快速而直接的方法来执行基于已证明的封闭形式方程的计算。

深入研究差异

高速/高频电路的物理特性在决定PCB阻抗方面起着重要作用，因为衬底厚度、铜导体厚度和导体宽度的差异导致了这种电路的阻抗差异。为了探究这些参数差异的影响，我们使用一种芯片制作了各种微带测试电路

20mil厚的基片，2 mil厚的铜和43 mil宽的导体(50.07 Ω特性阻抗)作为基线。其中一种衬底的介电常数(Dk)略低，另一种衬底的厚度为1mil，另一种衬底的厚度为18mil，另一种衬底的厚度为42mil，以探索每种情况下物理参数的变化对阻抗的影响。较薄的衬底表现出较低的阻抗，使用Dk较低的电路材料导致阻抗差异最小，较薄的铜导体仅提供较低的阻抗，较窄的导体也仅导致较低的阻抗。

铜导体表面粗糙度是另一个PCB参数，尽管在分析阻抗的不同电路变量时并不总是考虑它。光滑的铜导体表面比表面粗糙的铜导体表现出更低的导体损耗，但它们是如何影响阻抗的?首先，粗糙的铜表面会减缓通过电路传播的波的速度。较慢的波被电路感知为较高的有效Dk，即使电路材料本身的Dk没有改变。

很明显，许多变量可以影响高速/高频电路的阻抗，包括衬底厚度、铜厚度、导体宽度和Dk。许多其他因素会影响PCB阻抗。例如，吸收的水分可以降低微带线的阻抗，因为水有很高的Dk。具有高吸湿性的电路衬底材料会对阻抗产生这些影响，特别是在高相对湿度(RH)条件下。本博客是基于作者John Coonrod将于9月13日在PCB West Conference & Exhibition上发表的演讲^th．本报告将提供关于影响PCB阻抗的变量的额外信息。

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