TDR-4949差分阻抗测试技术
PCB电路板差分阻抗测试技术
为了提高传输速率和传输距离，计算机和通讯产业正逐步转移到高速串列总线，在芯片-芯片、板卡-板卡与背板间实现高速互连。这些高速串列总线的速率正从过去USB2.0、LVDS及FireWire1394的几百Mbps，提升到当前PCI-Express G1/G2、SATA G1/G2、XAUI/2XAUI、XFI的数Gbps，甚至达10Gbps，这意味着计算机与通讯业的PCB厂商对差分走线的阻抗控制要求将越来越高，因此使PCB制造商及高速PCB设计人员面临前所未有的挑战。本文将结合PCB业界的测试标准IPC-TM-650手册，讨论真实差分TDR测试方法的原理及特点。
IPC-TM-650测试手册是一套全面性PCB产业测试规格，从PCB的机械特性、化学特性、物理特性、电气特性、环境特性等方面提供了详尽测试方法及测试要求。该手册的2.5节描述了PCB电气特性，而其中的2.5.5.7a则全面介绍了PCB特征阻抗测试方法和相应的测试仪器要求，并包含了单端走线和差分走线的阻抗测试。
TDR基本原理
图1是一个阶跃讯号在传输线(如PCB走线)上传输时的示意图。而传输线是透过电介质与GND分隔的，就像无数个微小的电容器并联。当电讯号到达某个位置时，就会使该位置上的电压产生变化，如同为电容器充电。由于传输线在此位置上具备对地电流回路，因此会产生阻抗。但该阻抗只有阶跃讯号自身才能感觉到，这就是所谓的特征阻抗。
当传输线上出现阻抗不连续的现象时，在阻抗变化之处的阶跃讯号就会产生反射现象，若对反射讯号进行取样并显示在示波器荧幕上，就会得到图2所示的波形，该波形显示了一条被测试的传输线在不同位置上的阻抗变化。
我们可以比较图2中的两个波形。这是使用两台分辨率不同的TDR设备在测试同一条传输线时获得的测试结果。两款设备对传输线阻抗变化的反映不同，一个明显而另一个不明显。TDR设备感测传输线阻抗不连续的分辨率主要取决于TDR设备发出之阶跃讯号上升时间的快慢，快的上升时间可获得高分辨率。而TDR设备的上升时间往往和测试系统的频宽相关，频宽高的测试系统拥有更快的上升时间。从另一个角度考虑，TDR设备的系统频宽限制了TDR测试的分辨率。在IPC-TM-650测试手册中，对TDR设备的上升时间是依照系统上升时间(t sys)来定义。在测量一台TDR设备的系统上升时间时，可以让一台TDR
设备的输出短路，此时可测出该TDR设备的(t sys)(上升及下降时间)。图3的TDR设备系统上升时间约为28ps。
图1：阶跃讯号在传输线中的传输情况
图2：TDR测试反映传输线的阻抗信息
图3：TDR系统上升/下降时间的测定
图4是另一台TDR设备的系统上升/下降时间测试结果，约在38ps~40ps之间。这代表不同的TDR设备在系统上升/下降时间上有很大区别，因此其呈现的传输线阻抗测试分辨率也有很大不同。
图4：另一台TDR设备的上升/下降时间测量结果
系统上升时间和解析度的关系可用下列公式表示：
Resolution= (t sys*V)/2，V为电讯号在被测试传输线上的传输速率。
为方便测试者了解TDR测试分辨率及PCB走线的最小测试长度，IPC-TM-650测试手册也提供了速查数据(图5)。
图5：IPC-TM-650测试手册提供的对照表
差分TDR设备基本要求
在以往的IPC-TM-650手册中，对PCB差分TDR测试的要求较为宽松。手册中允许测试者根据TDR测试设备的情况使用两种不同的方法。
方法一：当测试者拥有差分TDR测试设备时，测试设备同时打出两个幅度相等、方向相反的阶跃脉冲，并透过这对差分讯号的相互作用直接测出差分走线阻抗。
方法二：当测试者没有差分TDR测试设备时，测试设备在差分走线(A线与B线)时，先在A在线打出阶跃讯号，测试A阶跃讯号在A在线的反射特性记为AA，同时测出A阶跃讯号在B在线的感应讯号，记录为BA。随后，在B在线打出阶跃讯号，测试B阶跃讯号在B在线的反射特性记为BB，同时测出B阶跃讯号在A在线的感应讯号，记录为AB。透过对获得的AA、AB、BB、BA四个数值进行计算，可得出差分走线阻抗。该方法又称为‘伪差分(Super-Position)’。
但是在目前的最新版IPC-TM-650手册中，仅仅保留了方法一中的真差分TDR测试描述。而不再有方法二的‘伪差分’TDR测试方法描述。以下将就两种差分TDR测试方法进行对比。
1. 真差分测试法
如图6所示：阶跃讯号A和阶跃讯号B是一对方向相反、幅度相等且同时发出的差分阶跃讯号。我们不但在差分TDR设备上看到差分的阶跃讯号，当使用一台实时示波器观测这对阶跃讯号时，也能证实这是真正的差分讯号。
图6：真实差分TDR测试系统显示的波形
由于注入DUT(待测设备)中的TDR阶跃脉冲是差分讯号，因此TDR设备可以直接测出差分走线的特征阻抗。使用差分阶跃讯号进行真差分TDR测试，为使用者带来的最大好处就是可以实现虚拟接地，如图7所示。
图7：虚拟接地原理
由于差分走线和差分讯号是平衡的，差分讯号的中心电压点和地平面是等电势的，因此在使用差分阶跃讯号进行差分TDR测试时，只要保证通道A和通道B共地，即无需与DUT之间接地。
2. 伪差分法
如图8所示，阶跃讯号A和阶跃讯号B并非同时打出，且方向不是相反，因此注入到DUT中的阶跃讯号完全不是差分讯号。
图8：伪差分法TDR测试原理
在这种‘伪差分TDR’设备荧幕上，往往会经过人为的软件调整，让我们看到同时发出且方向相反的阶跃
讯号。
但若用一台实时示波器来观测这两个阶跃脉冲，则可看到如图9所示的波形，可看出两个阶跃脉冲间的真实实时关系中存在着2us的时间差，即这两个阶跃讯号并不是差分讯号。
图9：用实时示波器观察‘伪差分’法TDR系统波形
这种TDR阶跃脉冲称为伪差分讯号，因为它并没有真正实现一个高速差分讯号的传输过程，即幅度相等，方向相反。因此这种方法不能直接测出DUT的差分阻抗，只能使用软件计算方法对差分阻抗测试进行模拟运算。在TDR设备上得到经过运算的2个幅度相等，极性相反阶跃脉冲。这种差分TDR测试带来的侷限性是：无法真实获得差分讯号间的同时相互作用、无法实现虚拟接地；且当进行差分TDR测试时，通道A和通道B的探棒都必须有各自独立的接地点。但在PCB内部的真实差分走线附近往往找不到接地点，导致无法在PCB内部对真实的差分走线进行测量。
为解决伪差分TDR设备难以实现对PCB内部真实走线进行差分TDR测量的问题，一般的PCB生产商都会在PCB周围加上具有接地点的差分走线测试条，称为‘Coupon’，图10为典型的PCB，上方是测试
用‘Coupon’，下方是板内的真实走线。为方便探棒连接，测试点的间距通常达100mil (2.54mm)，已大幅超越差分走线间距；测试点旁边还会放置接地点，间距同样为100mil。
图10：电路板上Coupon与真实走线的差别
Coupon测试的侷限性与差异
从图10中可看到测试‘coupon’和板内真实走线间的差别：
1. 虽然走线间距、走线宽度一致，但coupon测试点的间距固定为100mil(即最初的双列直插式IC接脚间距)，而板内真实走线的末端(即芯片接脚)间距是不同的，随着QFP、PLCC、BGA封装的出现，芯片接脚间距远小于双列直插式IC封装间距。
2. coupon走线是理想的直线，而板内真实走线往往是弯曲的。PCB设计人员和生产人员很容易将coupon 的走线理想化，但PCB上的真实走线则会因为各种因素导致走线不规则。
3. coupon与板内真实走线在整个PCB上的位置不同。coupon都位于PCB边缘，在PCB出厂时往往会被生产商去掉。而板内真实走线的位置则相当多样，有的靠近电路板边缘，有的位于板中央。
由于上述差异，导致coupon的特征阻抗往往与板内真实走线阻抗存在几项差异。首先是coupon测试点间距与coupon走线的间距不同，导致测试点与走线之间的阻抗不连续。而PCB内的真实差分走线末端(即芯片接脚)间距往往与走线间距相等或非常相近，因此会带来不同的阻抗测试结果。
其次是弯曲的走线与理想走线反映的阻抗变化不一致。在走线弯折处的特征阻抗往往不连续，而coupon 的理想化走线则不能反映由于走线弯曲所带来的阻抗不连续现象。
第三是coupon与真实走线在PCB上的位置不同。目前的PCB均采多层走线设计，在生产时需经过压制。当PCB压制时，电路板上的不同位置所受到的压力也不可能一致，如此将导致PCB不同位置上的介电常数不同，特征阻抗也当然不同。
由此可见，仅对PCB的coupon进行TDR测试并不能完全反映PCB内真实走线的特征阻抗。无论是PCB生产商、高速电路设计人员或制造者，都希望能对PCB内的真实高速差分走线直接进行TDR测试，以获得准确的特征阻抗信息。阻碍真实测试的主要原因有两项：难以找到差分TDR探棒的接地点；以及差分走线的末端间距是多变的。
差分TDR测试优势
如果TDR设备发出的阶跃讯号是差分讯号，就可以实现虚拟接地，即差分TDR探棒无需与被测试的PCB 接地。只要测试者手中有一个间距可调的差分TDR探棒即可完成测试。
图11是一个频宽达18GHz的差分TDR探棒在进行差分TDR测试时的情况。它的探针间距可在
0.5mm~4.5mm间连续可调，即使在测试一个比圆珠笔尖还微小的测试点时，仍能让设计人员以单手完成作业。
图11：高频宽差分TDR探棒进行精密的TDR探测
由于探棒频宽达18GHz，因此可获得很高的测试分辨率，图12是对coupon差分走线进行测试时获得的结果。红色波形是对coupon最初的测试结果，随后在走在线贴上了一个很小的胶条(红色圆圈所示部位)然后再进行测试，获得了如白色波形的测试结果，显示出仅贴上小胶条所带来的微小阻抗不连续也能透过高频宽差分TDR探棒清晰地反映出来。
图12：高频宽TDR差分探棒进行PCB差分探测获得的结果
真实差分的TDR设备配合高频宽差分探棒进行PCB差分特征阻抗测试时，无需在PCB内辛苦地寻找接地点，只要探针调整到合适的间距，即可轻松对PCB内的真实差分走线进行探测。
本文小结
使用一台真实差分的TDR设备，并利用差分讯号可实现虚拟接地的便利性，再搭配间距可调的差分TDR 探棒，将能轻松实现对PCB内真实差分走线的特征阻抗测量，让高速PCB设计人员和PCB制造商在进行PCB测试时获得极高的测试效率和准确的测试结果。
作者：周英航
高级应用工程师Tektronix(中国)公司
射频同轴电缆特性阻抗Zc的测试
射频同轴电缆特性阻抗Z C 的测试 胡 树 豪 这里介绍射频同轴电缆特性阻抗Z C 的6种测试方法。它们同样也适合于双绞线，只不过仪器要转换为差分系统而已。 一、λ/4线接负载法 1、测试方法与步骤： ·待测电缆一段，长约半米（无严格要求），两端装上连接器。扫频范围由仪器低频扫到百余兆赫即可。对于其它长度的电缆，扫频范围请自定。 ·仪器工作在测反射（或回损）状态，作完校正后画面应选阻抗圆图。 ·在测试端口接上待测电缆，电缆末端接上精密负载。 ·画面不外三种情况： 轨迹集中为一点，则Z C = Z 0（测试系统特性阻抗，一般为50Ω）。 轨迹呈圆弧或圆圈状，在圆图右边，则Z C > Z 0 。 轨迹呈圆弧或圆圈状，在圆图左边，则Z C < Z 0 。 ·将光标移到最接近实轴的点上，记下此点的电阻值R in （不管电抗值）。 n i C R Z Z 0= 例如：R in = 54Ω，则Z C = 52Ω，若R in = 46Ω，则Z C = 48Ω。 若轨迹不与实轴相交，则扫频范围不够或电缆太短；若交点太多，则扫频范围太宽或电缆太长。 2、优点 轨迹直观连续，不易出错。 连接器的反射可以通过λ/4线抵消。 3、缺点 必须截取短样本。 必须两端装连接器。 电缆质量必须较好，否则不同频率的测试结果起伏较大，不好下结论。 4、物理概念与对公式的理解 λ/4线有阻抗变换作用，其输入阻抗Z in 与负载阻抗Z L 之间满足Z in = Z C 2/Z L 关系。 现在Z L = Z 0，Z in = R in ，代入展开即得上面的Z C 计算公式。 λ/4线的阻抗变换公式是众所周知的，但作为特性阻抗的测试方法却未曾见。在测阻抗曲线试验中发现，与实轴相交的这一点是可用来测特性阻抗的；因为它把矛盾扩大了，反而更容易测准。由于曲线是很规矩的，不易出错。但必须用第一个交点，即除原点以外的最低频率的与实轴最近的一点，用第二点就可能出问题。换句话说，待测电缆的电长度应为λ/4的奇数倍，不能是偶数倍。 二、λ/8线开、短路法 1、测试方法与步骤： ·样本与扫频方案 对于已装好连接器的跳线，长度已定，只能由长度定扫频方案而对于电缆原材料，则可以按要求频率确定下料长度。此时待测电缆一头装连接器即可。
特性阻抗计算公式推导过程
特性阻抗计算公式推导过程 王国海 以下内容供参考。 1．传输线模型 2 符号说明 R L G C 分布式电阻电感电导电容 3 计算过程 (1) u(△z)-u=-R*?z*i-L*△z*?i ?t i(△z)- i=-G*△z*u(△z)?c?△z??u (2) ?t (1)(2) 两边同除以△z，得到电报公式
?u ?z +Ri+L ?i ?t =0 (3) ?i ?z +Gu+C ?u ?t =0 (4) u(z,t)=U(z)e jωt (5) i(z,t)=I(z)e jωt (6) 由（5）（6） 计算得道下列公式 ?u(z,t)?z =dU(z)dz e jωt （7） ?u(z,t)?t =U(z) e jωt jω （8） ?i(z,t)?z =dI(z)dz e jωt （9） ?i(z,t)?t =I(z) e jωt jω （10） 将（7）（8） （9） （10） 代入公式（3） dU(z)dz e jωt +Ri+L I(z) e jωt jω=0，i 用公式（6）代入， dU(z)dz e jωt +R I(z)e jωt +L I(z) e jωt jω=0 化简得到： dU(z)dz =-（R+ jωL)I(z) (11) 同理7）（8） （9） （10）代入（4）可得 dI(z)dz =-（G+ jωC)U(z) (12) 由（11）（12） 得到 dU(z)dI(z)=（R+ jωL)I(z) （G+ jωC)U(z) (13) 交叉相乘， （G + jωC)U(z) dU(z)= （R + jωL)I(z)dI(z) 两边积分， ∫（G + jωC)U(z) dU(z)=∫（R + jωL)I(z)dI(z) 12（G + jωC)U(z)2=12（R + jωL)I(z)2 U(z)2I(z)2=（R+ jωL)(G+ jωC) 两边开根号 Z=U/I=√（R+ jωL)(G+ jωC) 假定R=0，G=0 （无损）得到特性阻抗近似公式 Z=√L C
阻抗测试方法
成品阻抗测试方法： 1、仪器设置： 网络分析仪：CENTER：200MHz SPAN：2MHz（视被测电缆的长度进行设定）MEAS：S12 或S21 FORMA T：Phase 直通校准 注意：校准完毕为一条数值为零的直线，SPAN更改不同的数值需要重新校准。 2、电容测量仪测试电容值。（数值现实稳定可以读取数值）。 3、相位差的测量： 网络分析仪连接被测电缆，显示相位值，按照以下方式进行读取数值： 打开菜单MARKER SERACH，target value设置为0，打开multi target search , 记录两个标记点的频率值（注意：选择红圈内数值最接近的标记点）。 如上图所示：应选择标记点1、2。 δf=(f m -f n )/m-n 4、按照特性阻抗的公式： 平均特性阻抗=1000/(δf*c) δf单位为MHz, C为测量的电容值：单位nf。 注意事项：1、测试频率差时被测电缆的接头状态必须和测试电容的接头状态保持一致。 2、target value设置为0，以避免产生误差。 3、保证校准状态有效。
相对传播速度的测量方法： 1：相对传播速度的定义：信号在介质中的传播速度与自由空间的传播速度之比。 2、仪器的设置： 网络分析仪进行测试： CENTER：200MHz SPAN：1MHz MEAS：S12 或S21 FORMA T：Group delay 直通校准 校准后为一条数值为零的直线。 3、连接被测电缆，打开Marker Factions ，将统计功能打开。读取平均值即为延迟时间t。 4、按照下列公式计算相对传播速度： V =L/(t?c) ?100% V：相对传播速度。L：电缆的实际长度（米）c=3.0?108米/秒 t ：延迟时间（秒）。 电缆相位及电长度测试及计算方法： 1、仪器的设置： 网络分析仪设置： CENTER：要求测试频点SPAN：10MHz（或者按照通知单要求设置起始终止频率）MEAS：S12 或S21 FORMA T：Extend Phase 直通校准 校准后为一条数值为零的直线。 2、连接被测电缆，读取要求频率点的数值。
交流阻抗怎么测量
交流阻抗怎么测量 交流阻抗法是电化学测试技术中一类十分重要的方法，是研究电极过程动力学和表面现象的重要手段。特别是近年来,交流阻抗的测试精度越来越高，超低频信号阻抗谱也具有良好的重现性，再加上计算机技术的进步，对阻抗谱解析的自动化程度越来越高，这就使我们能更好的理解电极表面双电层结构，活化钝化膜转换，孔蚀的诱发、发展、终止以及活性物质的吸脱附过程。 （1）交流阻抗：交流阻抗即阻抗，在电子学中，是指电子部件对交流激励信号呈现出的电阻和电抗的复合特性;在电化学中，是指电极系统对所施加的交流激励信号呈现出的电阻和电抗的复合特性。阻抗模的单位为欧姆，阻抗辐角(相角）的单位为弧度或度。 （2）交流阻抗谱：在测量阻抗的过程中，如果不断地改变交流激励信号的频率，则可测得随频率而变化的一系列阻抗数据。这种随频率而变的阻抗数据的集合被称为阻抗频率谱或阻抗谱。阻抗谱是频率的复函数，可用幅频特性和相频特性的组合来表示;也可在复平面上以频率为参变量将阻抗的实部和虚部展示出来。测量频率范围越宽，所能获得的阻抗谱信息越完整。RST5200电化学工作站的频率范围为：0.00001Hz～1MHz，可以很好地完成阻抗谱的测量。 （3）电化学阻抗谱：电化学阻抗谱是一种电化学测试方法，采用的技术是小信号交流稳态测量法。对于电化学电极体系中的溶液电阻、双电层电容以及法拉第电阻等参量，用电化学阻抗谱方法可以很精确地测定;而用电流阶跃、电位阶跃等暂态方法测定，则精度要低一些。另外，像扩散传质过程等需要用较长时间才能测定的特性，用暂态法是无法实现的，而这却是电化学阻抗谱的长项。 （4）电化学阻抗谱测量的特殊性：就测量原理而言，在电化学中测量电极体系的阻抗谱与在电子学中测量电子部件的阻抗谱并没有本质区别。通常，我们希望获得电极体系处于某一状态时的电化学阻抗谱。而维持电极体系的状态，须使电极电位保持不变。通常认为，电极电位变化50mV以上将会破坏现有的状态。因此，在电化学阻抗谱测量中，必须注意两个关键点，即：偏置电位和正弦交流信号幅度。 （5）正弦交流信号的幅度：为了避免对电化学电极体系产生大的影响以及希望其具有较好的线性响应，正弦交流信号的幅度通常可设在2～20mV之间。 （6）自动去偏：在电化学阻抗谱测量过程中，由于偏置电位不一定等于开路电位以及少量的非线性作用，在工作电极电流中还会含有直流成分。去除这个直流成分(偏流），可扩大交流信号的动态范围、提高信噪比。RST5200电化学工作站，可在测量过程中动态地调整去偏电流，使获得的阻抗谱数据更精准。另外，在软件界面的状态栏中，可实时显示工作电极的极化电流，供操作者参考。 以上为交流阻抗的相关说明，下面我们就实验设置过程中遇到的专业名词
电路基础实验实验十一rlc元件阻抗特性的测定
实验十一 R、L、C元件阻抗特性的测定 实验成员： 班级： 整理人员：
实验十一 R 、L 、C 元件阻抗特性的测定 一、实验目的 1．验证电阻，感抗、容抗与频率的关系，测定R~f ，X L ~f 与X C ~f 特性曲线。 2．加深理解R 、L 、C 元件端电压与电流间的相位关系。 二、原理说明 1．在正弦交变信号作用下，电阻元件R 两端电压与流过的电流有关系式 在信号源频率f 较低情况下，略去附加电感及分布电容的影响，电阻元件的阻值信号源频率无关，其阻抗频率特性R~f 如图9-1。 如果不计线圈本身的电阻R L ，又在低频时略去电容的影响，可将电感元件视为电感，有关系式 I jX U L L ? ? = 感抗 fL X L π2= 感抗随信号源频率而变，阻抗频率特性X L ~f 如图9-1。 在低频时略去附加电感的影响，将电容元件视为纯电容，有关系式 I jX U C C ? ? - = 容抗 fC X C π21 = 容抗随信号源频率而变，阻抗频率特性X C ~f 如图9-1. 2．单一参数R 、L 、C 阻抗频率特性的测试电路如图9-2所示。 途中R 、L 、C 为被测元件，r 为电流取样电阻。改变信号源频率，测量R 、L 、
C 元件两端电压U R 、U L 、U C ，流过被测元件的电流则可由r 两端电压除以r 得到。 3．元件的阻抗角（即相位差φ）随输入信号的频率变化而改变同样可用实验方法测得阻抗角的频率特性曲线φ~f 。 用双踪示波器测量阻抗角（相位差）的方法。 将欲测量相位差的两个信号分别接到双踪示波器Y A 和Y B 两个输入端。调节示波器有关旋钮，使示波器屏幕上出现两条大小适中、稳定的波形，如图9-3所示，荧光屏上数的水平方向一个周期占n 格，相位差占m 格，则实际的相位差φ（阻抗角）为 度n 360m ? ? =φ 三、实验设备 四、实验内容 1．测量R 、L 、C 元件的阻抗频率特性。
实验7.8.9.RLC特性阻抗测试
实训项目七 R 、L 、C 元件阻抗特性的测定 一、实验目的 1．验证电阻、感抗、容抗与频率的关系，测定R ~f 、L X ~f 、C X ~f 特性曲线。 2．加深理解R 、L 、C 元件端电压与电流间的相位关系。 二、原理说明 1．在正弦交变信号作用下，电阻元件两端电压与流过的电流有关系式 I R U = 在信号源频率f 较低情况下，略去附加电感及分布电容的影响，电阻元件的阻值与信号源频率无关，其阻抗频率特性R ~f 如图3-20。 如果不计线圈本身的电阻1R ，又在低频时略去电容的影响，可将电感元件视为纯电感，有关系式， I jX U L = 感抗 fL X L π2= 感抗随信号源频率而变，阻抗频率特性L X ~f 如图3-20所示。 在低频时略去附加电感的影响，将电容元件视为纯电容，有关系式， I jX U C -= 容抗 fC X C π21 = 容抗随信号源频率而变，阻抗频率特性C X ~f 如图3-20。 图3-20 阻抗特性测试电路 2．单一参数R 、L 、C 阻抗率特性的测试电路如图3-20所示。 图中R 、L 、C 为被测元件，r 为电流取样电阻。改变信号源频率，测量R 、L 、C 元件两端电压R U 、L U 、C U 流过被测元件的电流则可由r 两端电压除以r 得到。 元件的阻抗角（即相位差?）随输入信号的频率变化而改变，同样可用实验方法测得阻
抗角频率特性曲线?~f 。 3．用双踪示波器测量阻抗角（相位差）的方法。 将欲测量相位差的两个信号分别接到双踪示波器A Y 和B Y 两个端。调节示波器有关旋钮，使示波器屏幕上出现两条大小适中、稳定的波形，如下图3-21所示，荧光屏上数得水 平方向一个周期占n 格，相位差占m 格，则实际的相位差?（阻抗角）为n m 360?=?。 图3-21 相位差测定波形图 三、实验设备 四、实验内容 1．测量单一参数R 、L 、C 元件的阻抗频率特性。 实验线路如图3-20所示，取mH L K R 10,1=Ω= ，Ω==200,1r F C μ。通过电缆线将函数信号发生器输出的正弦信号接至电路输入端，作为激励源U ，并用交流毫伏表测量，使激励电压的有效值为U =3V ，并在整个实验过程中保持不变。 改变信号源的输出频率从200Hz （用频率计测量），并使开关S 分别接通R 、L 、C 三个元件，用交流毫伏表分别测量R U 、r U ；L U 、r U ；C U 、r U ，并通过计算得到各频率点时的R 、L X 、C X 之值，记录表中。
电缆的特性阻抗
电缆的阻抗 术语 音频：人耳可以听到的低频信号。范围在20-20kHz。 视频：用来传诵图象的高频信号。图象信号比声音复杂很多，所以它的带宽（范围）也大过音频很多，少说也有0-6MHz。 射频：可以通过电磁波的形式想空中发射，并能够传送很远的距离。射频的范围要宽很多，10k-3THz(1T=1024G)。 电缆的阻抗 本文准备解释清楚传输线和电缆感应的一些细节，只是此课题的摘要介绍。如果您希望很好地使用传输线，比如同轴电缆什么的，就是时候买一本相关课题的书籍。什么是理想的书籍取决于您物理学或机电工程，当然还少不了数学方面的底蕴。 什么是电缆的阻抗，什么时候用到它？ 首先要知道的是某个导体在射频频率下的工作特性和低频下大相径庭。当导体的长度接近承载信号的1/10波长的时候，good o1风格的电路分析法则就不能在使用了。这时该轮到电缆阻抗和传输线理论粉墨登场了。 传输线理论中的一个重要的原则是源阻抗必须和负载阻抗相同，以使功率转移达到最大化，并使目的设备端的信号反射最小化。在现实中这通常意味源阻抗和电缆阻抗相同，而且在电缆终端的接收设备的阻抗也相同。 电缆阻抗是如何定义的？ 电缆的特性阻抗是电缆中传送波的电场强度和磁场强度之比。（伏特/米）/（安培/米）=欧姆 欧姆定律表明，如果在一对端子上施加电压（E），此电路中测量到电流（I），则可以用下列等式确定阻抗的大小，这个公式总是成立： Z = E / I 无论是直流或者是交流的情况下，这个关系都保持成立。 特性阻抗一般写作Z0（Z零）。如果电缆承载的是射频信号，并非正弦波，Z0还是等于电缆上的电压和导线中的电流比。所以特性阻抗由下面的公式定义： Z0 = E / I 电压和电流是有电缆中的感抗和容抗共同决定的。所以特性阻抗公式可以被写成后面这个形式： 其中 R=该导体材质（在直流情况下）一个单位长度的电阻率，欧姆 G=单位长度的旁路电导系数（绝缘层的导电系数），欧姆 j=只是个符号，指明本项有一个+90'的相位角（虚数） π=3.1416
特性阻抗之原理与应用
特性阻抗之原理與應用 Characteristic Impedance 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)2 3、電路板業界中，一般脫口而出的“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”（Characteristic Impedance Control）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“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Controlled Impedance，或阻抗匹配才不致太過外行。 圖1 PCB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：
阻抗测试
PCB的差分阻抗测试技术 作者: 周英航上网日期: 2006年11月10日打印版订阅 关键字：PCB电路板TDR真差分TDR特征阻抗Coupon 为了提高传输速率和传输距离，计算机行业和通信行业越来越多的采用高速串行总线。在芯片之间、板卡之间、背板和业务板之间实现高速互联。这些高速串行总线的速率从以往USB2.0、LVDS以及FireWire1394的几百Mbps到今天的PCI-Express G1/G2、SATA G1/G2 、XAUI/2XAUI、XFI的几个Gbps乃至10Gbps。计算机以及通信行业的PCB客户对差分走线的阻抗控制要求越来越高。这使PCB生产商以及高速PCB设计人员所面临的前所未有的挑战。本文结合PCB行业公认的测试标准IPC-TM-650手册，重点讨论真差分TDR测试方法的原理以及特点。 IPC-TM-650手册以及PCB特征阻抗测试背景 IPC-TM-650测试手册是一套非常全面的PCB行业测试规范，从PCB的机械特性、化学特性、物理特性、电气特性、环境特性等各方面给出了非常详尽的测试方法以及测试要求。其中PCB板电气特性要求在第2.5节中描述，而其中的2.5.5.7a(IPC-TM-650官方网站下载链接https://www.wendangku.net/doc/fa5826907.html,/4.0_Knowledge/4.1_Standards/test/2-5-5-7a.pdf)则全面的介绍了PCB特征阻抗测试方法和对相应的测试仪器要求，重点包括单端走线和差分走线的阻抗测试。 TDR的基本原理及IPC-TM-650对TDR设备的基本要求 1.TDR的基本原理 图1是一个阶跃信号在传输线(如PCB的走线)上传输时的示意图。而传输线是通过电介质与GND分隔的，就像无数个微小的电容的并联。电信号到达某个位置时，就会令该位置上的电压产生变化，就像是给电容充电。因此，传输线在此位置上是有对地的电流回路的，因
PCB特性阻抗简介
PCB特性阻抗简介 今就电子学的领域出发解译影响高频特性阻抗品质〝谐振（resonance）〞。所谓的谐振意指可发生于任一物理系统中，只要该系统具有相对形式之贮能零件。当贮存于这些零件中之能量作相互交换时，就不需再自能源取得额外之能量，而将有谐振存在。 我们都知道当驾驶一前轮不平衡之车辆时，在某些特定速率下，不平衡的轮子之振动率等于前端悬吊者之自然谐振频率，则存在在一系统中之弹簧及质量中之能量可彼此互作交换导致一大的振动及方向盘之移动，这些情形司机常见到之。 在此文中，我们将讨论在电路中之谐振特性及一些应用。电路中之谐振，要求电抗量必须能互相抵销。在一串联RLC电路中，此需电抗性电压降抵消：在一并联RLC电路中，则需电抗性电流互相抵消。 一串联电路的阻抗，为电阻值及电抗值之向量和。在一串联RLC电路中，将有一频率，在该频率下可使其电感抗及电容抗相等，此频率称为谐振频率。可使电抗值互相抵销，导致净电抗值为0，在谐振频率(f0),|XL|=|XC|。 其中所言的RLC电路即指电阻、电感、电容组件所组合而成的电子回路，所以了解何为特性阻抗之前，甚至何谓谐振频率应先就其材料特性加以了解。 就电阻而言：电阻器(resistor)在高频电路中应用甚广，但是一般对电阻特性的了解，仍多局限于电阻在直流电路中所呈现的阻尼特性。实际上，电阻在高频电路中，因受信号频率的影响，不仅电阻值会随之改变，更可能会呈现电感或电容的特性。 如图所示电阻器在高频时的等效电路，R为电阻器的电阻值，L为其两端引线的电感，C为存在于电阻器内所有杂散电容的总和。杂散电容形成的原因，随电阻器结构的不同而异。以碳粒合成电阻(carbon composite resistor)为例，由于其结构为以微小碳粒压合而成，故在各碳粒之间都存有电容。此即为等效电路中杂散电容C的来源之一。由此可以推知碳粒合成电阻的高频特性甚差。 另外就TDR测量空板上的传输线而言亦可依上述的方式解译，其中上述所提L的效应来自电阻的两端引线，同理推验可知，TDR所使用探棒的测头如接于导通孔时即产生传输路径，此输入信道愈长则L效应相对愈大，此现象将如同业先前
PCB的差分阻抗测试技术
PCB的差分阻抗测试技术 摘要：TDR（Time Domain Reflectometry）是PCB行业检测产品的特征阻抗是否符合或达到预计要求的最主要的测试方法。随着计算机和通信系统的串行总线速度显著提高，对PCB 走线特别是差分走线的阻抗控制提出了更高的要求。 如何验证PCB中差分走线的特征阻抗是否达到设计要求成为了PCB生产商以及高速数字电路设计人员必须关注的问题。本文结合PCB行业公认的测试标IPC-TM-650手册，重点讨论真差分TDR测试方法的原理以及特点。 一、引言 为了提高传输速率和传输距离，计算机行业和通信行业越来越多的采用高速串行总线。在芯片之间、板卡之间、背板和业务板之间实现高速互联。这些高速串行总线的速率从以往USB2.0、LVDS以及FireWire1394的几百Mbps到今天的PCI-Express G1/G2、SATA G1/G2、XAUI/2XAUI、XFI的几个Gbps乃至10Gbps。计算机以及通信行业的PCB客户对差分走线的阻抗控制要求越来越高。这使PCB生产商以及高速PCB设计人员所面临的前所未有的挑战。本文结合PCB行业公认的测试标准IPCTM-650手册，重点讨论真差分TDR 测试方法的原理以及特点。 二、IPC-TM-650手册以及PCB特征阻抗测试背景 IPC-TM-650测试手册是一套非常全面的PCB行业测试规范，从PCB的机械特性、化学特性、物理特性、电气特性、环境特性等各方面给出了非常详尽的测试方法以及测试要求。其中PCB板电气特性要求在第2.5节中描述，而其中的2.5.5.7a(IPCTM-650官方网站下载链接https://www.wendangku.net/doc/fa5826907.html,/4.0_Knowledge/4.1_Standards/test/2-5-5-7a.pdf)则全面的介绍了PCB特征阻抗测试方法和对相应的测试仪器要求，重点包括单端走线和差分走线的阻抗测试。 三、TDR的基本原理及IPC-TM-650对TDR设备的基本要求 3.1TDR的基本原理 图1是一个阶跃信号在传输线(如PCB的走线)上传输时的示意图。而传输线是通过电介质与GND分隔的，就像无数个微小的电容的并联。电信号到达某个位置时，就会令该位置上的电压产生变化，就像是给电容充电。因此，传输线在此位置上是有对地的电流回路的，因此就有阻抗的存在。但是该阻抗只有阶跃信号自身才能“感觉到”，这就是我们所说的特征阻抗。 当传输线上出现阻抗不连续的现象时，在阻抗变化的地方阶跃信号就会产生反射的现象，如果将反射信号进行取样并显示在示波器的屏幕上，就会得出如图2所示的波形，从波形中我们可以看出一条被测试的传输线在不同位置上的阻抗变化。同时我们可以比较图2中的两个波形。这是使用两台分辨率不同的TDR设备在测试同一条传输线时获得的测试结果。对于传输线阻抗变化的反映一个明显而另一个不明显。TDR设备感知传输线阻抗不连续的分辨率取决于TDR设备所发出的阶跃信号上升时间的快慢，上升时间快所获得的分辨率就高。而TDR设备的上升时间往往和测试系统的带宽紧密相关，带宽高的测试系统有更
R、L、C元件阻抗特性的测定
电路理论基础实验报告 实验十一R、L、C元件阻抗特性的测定 刘健阁指导教师杨智 中山大学信息科学与技术学院广东省广州市510006 实验时间地点： 2014年5月6日中山大学东校区实验中心C103 实验操作人： 刘健阁（学号13348073）、乐云天、雷弛 （此实验报告由刘健阁撰写，乐云天、雷弛另行独自撰写实验报告） 实验目的： 1. 验证电阻，感抗、容抗与频率的关系，测定R～f , X L～f与X C～f特性曲线。 2. 加深理解R、L、C元件端电压与电流间的相位关系。 实验原理： 1. 在正弦交变信号作用下，电阻元件R两端电压与流过的电流有关系式U=RI 在信号源频率f较低情况下，略去附加电感及分布电容的影响，电阻元件的阻值与信号源频率无关，其阻抗频率特性R～f如图11-1。 如果不计线圈本身的电阻RL，又在低频时略去电容的影响，可将电感元件视为纯电感，有关系式U L= jX L I感抗X L=2πfL 感抗随信号源频率而变，阻抗频率特性X L～f如图11-1。 在低频时略去附加电感的影响，将电容元件视为纯电容，有关系式 U C=－jX C I容抗X C=1/2πf c 容抗随信号源频率而变，阻抗频率特性X C～f如图11-1
2. 单一参数R、L、C阻抗频率特性的测试电路如图11-2所示。 图中R、L、C为被测元件，r为电流取样电阻。改变信号源频率，测量R、L元件两端电压U R、 U L、U C，流过被测元件的电流则可由r两端电压除以r得到。 3. 元件的阻抗角（即相位差φ）随输入信号的频率变化而改变，同样可用实验方法测得阻抗角的频率特性曲线φ～f。 用双踪示波器测量阻抗角（相位差）的方法： 将欲测量相位差的两个信号分别接到双踪示波器Y A和Y B两个输入端。调节示波器有关旋钮，使示波器屏幕上出现两条大小适中、稳定的波形，如图11-3所示，荧光屏上得不平方向一个周期占n格，相位差m格，则实际的相位差φ（阻抗角）为φ=m×(360/n)。 实验设备： 1. 函数信号发生器 1 2. 交流毫伏表 1 2. 双踪示波器 1 3. 实验电路元件R、L 1 DGJ-05 实验内容及步骤： 1. 测量单一参数R、L、C元件的阻抗频率特性 实验线路如图11-2所示，取R=1KΩ，L=10mH，C =1μF，r=200Ω。通过电缆线将函数信号发生器输出的正弦波信号接至输入端，作为激励源u，并用交流毫伏表测量，使激励电压的有效值为U=3V，并在整个实验过程中保持不变。 改变信号源的输出频率从200Hz逐渐增至50Hz（用频率计测量），分别接通R、L、C三个元件，用交流毫伏表分别测U R、U r、U L、U r；U C、U r，并通过计算得到各频率点时的R、X L与X C之值，记入表中。
特性阻抗计算
对特性阻抗的一种浅显易懂的解释 抽象又复杂的数位高速逻辑原理，与传输线中方波讯号的如何传送，以及 如何确保其讯号完整性（Signal Integrity），降低其杂讯（Noise）减少之误动 作等专业表达，若能以简单的生活实例加以说明，而非动则搬来一堆数学公式与 难懂的物理语言者，则对新手或隔行者之启迪与造福，实有事半功倍举重若轻之 受用也。 然而，众多本科专业者，甚至杏坛为师的博士教授们，不知是否尚未真正进 入情况不知其所以然？亦或是刻意卖弄所知以慑服受教者则不得而知，或是二者 心态兼有之！坊间大量书籍期刊文章，多半也都言不及义缺图少例，确实让人雾 里看花，看懂了反倒奇怪呢！ 笔者近来获得一份有关阻抗控制的简报资料，系电性测试之专业日商HIOKI 所提供。其内容堪称文要图简一看就懂，令人爱不释手。正是笔者长久以来所追 求的境界，大喜之下乃征得原著“问港建”公司的同意，并经由港建公司廖丰莹 副总的大力协助，以及原作者山崎浩（Hiroshi Yamazaki）及其上司金井敏彦（Toshihiko Kanai）等解惑下，得以完成此文，在此一并感谢。并欢迎所有前辈先进们，多 多慨赐类似资料嘉惠学子读者，则功在业界善莫大焉。 一 .将讯号的传输看成软管送水浇花 1.1 数位系统之多层板讯号线（Signal Line）中，当出现方波讯号的传输时，可将之假想成为软管（hose）送水浇花。 一端于手握处加压使其射出水柱，另一端接在水龙头。当握管处所施压的力道恰 好，而让水柱的射程正确洒落在目标区时，则施与受两者皆欢而顺利完成使命， 岂非一种得心应手的小小成就？ 1.2 然而一旦用力过度水注射程太远，不但腾空越过目标浪费水资源，甚至 还可能因强力水压无处宣泄，以致往来源反弹造成软管自龙头上的挣脱!不仅任 务失败横生挫折，而且还大捅纰漏满脸豆花呢！ 1.3反之，当握处之挤压不足以致射程太近者，则照样得不到想要的结果。 过犹不及皆非所欲，唯有恰到好处才能正中下怀皆大欢喜。 1.4 上述简单的生活细节，正可用以说明方波（Square Wave）讯号（Signal）在多层板传输线（Transmission Line，系由讯号线、介质层、及接地层三者所共同组成）中所进行的快速传送。 此时可将传输线（常见者有同轴电缆Coaxial Cable，与微带线Microstrip Line或带线Strip Line等）看成软管，而握管处所施加的压力，就好比板面上“接受端”（Receiver） 元件所并联到Gnd的电阻器一般（是五种终端技术之一，请另见TPCA会刊第13 期“内嵌式电阻器之发展”一文之详细说明），可用以调节其终点的特性阻抗（Characteristic Impedance），使匹配接受端元件内部的需求。 二. 传输线之终端控管技术（Termination） 2.1由上可知当“讯号”在传输线中飞驰旅行而到达终点，欲进入接受元件 （如CPU或Meomery等大小不同的IC）中工作时，则该讯号线本身所具备的“特 性阻抗”，必须要与终端元件内部的电子阻抗相互匹配才行，如此才不致任务失 败白忙一场。用术语说就是正确执行指令，减少杂讯干扰，避免错误动作”。一
1特性阻抗
.1特性阻抗 特性阻抗也称波阻抗，是电缆的二次参数，它描述了电磁波沿均匀线路传播而没有反射时所遇到的阻抗，即线路终端匹配时，线路内任一点的电压波（U）和电流波（I）的比值。特性阻抗可以用一个复数表示，当电缆线芯的材料、直径、绝缘形式确定后，特性阻抗只随频率的变化而变化。 特性阻抗Zc为回路上任意点电压波和电流波之比并有 R、L、G、C分别为对绞回路的电阻、电感、电导、电容，虚部相位角Φ从零开始到频率f ＝800Hz时接近-45°，然后逐渐接近零。可以看出传播常数和特性阻抗Zc均与电缆的一次参数R、L、G、C有关，TIA/EIA---568---A规定5类缆的特性阻抗为100 15Ω.对于局部网布线系统来说，传输媒介具有稳定的阻抗值是很重要的，否则连接器硬件就会和电缆失配。从而引起信号反射导致传输效率下降，甚至网络无法工作。 对于高频对称电缆，由于频率增加时，集肤效应增加，使内电感减小，而外电感与频率无关，所以随频率的增加，总电感近似于外电感， 式中，r 为等效介电常数；a为绝缘线心外径；d为导体直径 由式子可以看出特性阻抗和导体类型和直径，绝缘的类型和厚度有关，在某 种程度上也与线对的绞合性能有关（因等效介电常数εr和绞合有关）。由于一般的标准中都规定了导体的直径d=24（AWG），而且从实际情况中看来，此d值也是最理想值。这样从上式看来影响特性阻抗的只有外径（外径可以看成和导线间距α相等）、组合绝缘介质的等效相对介电常数（εr）。而且，Zc正比于α和λ，反比于εr。所以只要控制好了α、λ、εr的值，也就能控制好。在实际中常用输入阻抗Zin来表述电缆的特性阻抗。其定义 式中：Z0为终端开路时的阻抗测量值；Zs为终端短路时的阻抗测量值。 3.2 回波损耗 回波损耗是数字电缆产品的一项重要指标，回波损耗合并了两种反射的影响，包括对标称阻抗（如：100Ω）的偏差以及结构影响，用于表征链路或信道的性能。它是由于电缆长度上特性阻抗的不均匀性引起的，归根到底是由于电缆结构的不均匀性所引起的。由于信号在电缆中的不同地点引起的反射，到达接收 端的信号相当于在无线信道传播中的多径效应，从而引起信号的时间扩散和频率选择性衰落，使接收端信号脉冲重叠而无法判决。信号在电缆中的多次反射也导致信号功率的衰减，导致误码率的增加，从而也限制传输速度。在生产数字缆的过程中，电缆的回波损耗指标容易出现不合格。它的表达式是 ZH为负载阻抗，ZC为波阻抗。按标准规定ZC分别为100Ω、120Ω、150Ω。减少回波损耗的方法： 1. 提高同心度 在绝缘串联生产工序，要求铜导体的直径公差在±0.002mm内，绝缘外径偏差在±0.01mm 内。同心度在96%以上，且表面光滑圆整。否则，单线在进行绞对后电缆的特性阻抗会出现超出指标要求的较大峰值。 2. 采用一定比例的“预扭”或“退扭”技术并配合使用十字型塑料骨架 采用一定比例的“预扭”或“退扭”技术可消除绝缘单线偏心对特性阻抗的影响，同时可降低绝缘单线同心度的要求。而采用十字型塑料骨架，可保持电缆结构的稳定性，使单线不均匀造成的特性阻抗的变化变得平滑，使其近端串音和回波损耗在高频时的性能相当好。 3. 采用粘连线对技术 粘连线对技术工艺指的是采用两台挤塑机、一个机头共挤，将同一线对的两根绝缘芯线同步挤出将其粘结在一起。绞对线间粘连后，可确保绞对线结构的稳定性，保持线对两根导线中心距(S)的稳定来提高线对阻抗均匀性，从而提高回波损耗指标；也可避免绝缘导体经弯曲扭绞后导体发生散芯而影响电缆的回波损耗指标。
PCB线路阻抗的特性及测试方法
PCB线路阻抗的特性及测试方法 1.线路的阻抗 对电池来说，当信号沿着传输线传播，并且每隔0.01纳秒对连续0.06英寸传输线段进行充电。从电源获得恒定的电流时，传输线看起来像一个阻抗器，并且它的阻抗值恒定，这可称为传输线路的“浪涌”阻抗(surge impedance)。 同样地，当信号沿着线路传播时，在下一步之前，0.01纳秒之内，哪一种电流能把这一步的电压提高到1伏特?这就涉及到瞬时阻抗的概念。 从电池的角度看时，如果信号以一种稳定的速度沿着传输线传播，并且传输线具有相同的横截面，那么在0.01纳秒中每前进一步需要相同的电荷量，以产生相同的信号电压。 当沿着这条线前进时，会产生同样的瞬时阻抗，这被视为传输线的一种特性，被称为特性阻抗。如果信号在传递过程的每一步的特性阻抗相同，那么该传输线可认为是可控阻抗传输线。 瞬时阻抗或特性阻抗，对信号传递质量而言非常重要。在传递过程中，如果下一步的阻抗和上一步的阻抗相等，工作可顺利进行，但若阻抗发生变化，那会出现一些问题。 为了达到最佳信号质量，内部连接的设计目标是在信号传递过程中尽量保持阻抗稳定，首先必须保持传输线特性阻抗的稳定，因此，可控阻抗板的生产变得越来越重要。另外，其它的方法如余线长度最短化、末端去除和整线使用，也用来保持信号传递中瞬时阻抗的稳定。 2.特性阻抗的计算 简单的特性阻抗模型：Z=V/I，Z代表信号传递过程中每一步的阻抗，V代表信号进入传输线时的电压，I代表电流。I=±Q/±t，Q代表电量，t代表每一步的时间。 电量(来源于电池)：±Q=±C×V，C代表电容，V代表电压。电容可以用传输线单位长度容量CL和信号传递速度v来推导。单位引脚的长度值当作速度，再乘以每步所需时间t，则得到公式：±C=CL×v×(±)t.综合以上各项，我们可以得出特性阻抗：Z=V/I=V/(±Q/±t)=V/(±C ×V/±t)=V/(CL×v×(±)t×V/±t)=1/(CL×v) 可以看出，特性阻抗跟传输线单位长度容量和信号传递速度有关。为了区别特性阻抗和实际阻抗Z，我们在Z后面加上0.传输线特性阻抗为：Z0=1/(CL×v) 如果传输线单位长度容量和信号传递速度保持不变，那么传输线特性阻抗也保持不变。这个简单的说明能将电容常识和新发现的特性阻抗理论联系在一起。如果增加传输线单位长度容量，例如加粗传输线，可降低传输线特性阻抗。
关于同轴电缆特性阻抗的测试方法
关于同轴电缆特性阻抗的测试方法 自动化工程学院 闵亚军 201421070142 摘要：特性阻抗是指当电缆无限长时电磁波沿着没有反射情况下的均匀回路传输时所遇到的阻抗，特性阻抗是射频同轴电缆传输的重要参数之一。本文主要介绍几种同轴电缆特性阻抗的常用测试方法，包括TDR(时域测试法)、史密斯图法、谐振频率法，并简单介绍其基于的原理。 关键字：同轴电缆 特性电阻 时域测试法 史密斯图法 引言 特性阻抗是指当电缆无限长时电磁波沿着没有反射情况下的均匀回路传输时所遇到的阻抗，它是由电缆的电导率、电容以及阻值组合后的综合特性，正常的物理运行依靠整个系统电缆与连接器具有恒定的特性阻抗。传输线匹配的条件就是线路终端的负载的阻抗正好等于该传输线的特性阻抗，此时没有能量的反射，因而有最高的传输效率，相反，传输效率会受到影响，所以特性阻抗值是整个传输回路中非常重要的一个参数。接下来将简单介绍下测试这一参数的各种方法及其所基于的原理。 一、特性阻抗 同轴电缆的特性阻抗定义为：入射电压跟入射电流的比值或者反射电压跟反射电流的比值，所以也称作波阻抗。通过传输线理论的推导 ，我们可以很容易地得到特性阻抗的公式 ： C j G L j R Z c ωω++= （1） 输人阻抗定义为从电缆的某一个方向看进去，其电压和电流的比值 。 局部特性阻抗：电缆沿线长度方向上各点的特性阻抗。 平均特性阻抗：为特性阻抗在高频时的渐进值。平均特性阻抗是沿线的所有局部特性阻抗的算术平均值。 二、常用测试方法 2.1 时域测试法 TDR(time domain reflection ，时域测试法)是一种通用的时域测试技术，广泛应用于PCB 、电缆、连接器等测试领域。这种技术可以测出传输线的特性阻抗，并显示出每个阻抗不连续点的位置和特性(阻抗、感抗和容抗)。相对于其他技术，TDR 能够给出更多的关于系统宽带相应的信息。
特性阻抗测量
同轴线特性阻抗的测量 一、前言 特性阻抗是指当电缆无限长时电磁波沿着没有反射情况下的均匀回路传输时所遇到的阻抗, 它是由电缆的电导率、电容以及阻值组合后的综合特性，正常的物理运行依靠整个系统电缆与连接器具有恒定的特性阻抗。传输线匹配的条件就是线路终端的负载的阻抗正好等于该传输线的特性阻抗，此时没有能量的反射，因而有最高的传输效率，相反，传输效率会受到影响，所以特性阻抗值是整个传输回路中非常重要的一个参数。 二、测试原理 特性阻抗有很多种测试方法, 我们可以采用TDR 测试法（时域测试法）、史密斯图法、谐振频率法测试同轴电缆的特性阻抗。各种测试方法存在各自的优劣，一般TDR 用于测试跳线类射频电缆，Smith Chart 常用于非跳线类；谐振频率法通常用于75同轴电缆，实际操作中可以根据具体情况选择合适的测试方法。下面通过史密斯图法来测量同轴线的特性阻抗。 Smith 圆图是反射系数（伽马，以符号Γ表示）的平面直角坐标系。反射系数也可以从数学上定义为单端口散射参数，即s11。负载反射信号的强度取决于信号源阻抗与负载阻抗的失配程度。由于阻抗是复数，反射系数也是复数，反射系数的表达式定义为： Rho()=L r i j ρΓ=Γ+Γ （1） 0Z （特性阻抗）通常为常数并且是实数， 于是可以定义归一化的负载阻抗： 00 L Z R jX Z r jx Z Z +===+ （2） 据此，将反射系数的公式重新写为： 001111 L L L r i L L Z Z Z r jx j Z Z Z r jx --+-Γ=Γ+Γ===++++ （3） 为了建立圆图， 方程必需重新整理以符合标准几何图形的形式（如圆或射线）。 由公式（3） 得出： 1111r i L L r i j Z r jx j +Γ+Γ+Γ=+==-Γ-Γ-Γ （4） 经过推算： 222222 12111212r i i L L r r i r r i Z r jx j -Γ-ΓΓ+Γ=+==+-Γ-Γ-Γ+Γ+Γ-Γ+Γ （5） 由此可得： 2222112r i r r i r -Γ-Γ=-Γ-Γ+Γ （6）
特性阻抗控制介绍
特性阻抗控制
2010.10.20
1
Agenda
1. 何謂特性阻抗 2. 2 影響特性阻抗之因子 3. 特性阻抗之類型介紹 4. CITS25模組介紹及應用 5. Impedance Coupon設計 6. 特性阻抗測試及製程管制
2
何謂特性阻抗
3
PCB的演進
1. 1 傳統 PCB只是 個簡單的互連工具 PCB只是一個簡單的互連工具。 2. 隨著積體電路集成度提高和應用、電路的工作速度愈來愈快， 信號傳輸頻率和速度愈來愈高，PCB上的導線必須扮演高性 信號傳輸頻率和速度愈來愈高 PCB上的導線必須扮演高性 能的傳 輸線，將輸出端的信號完整，準確的傳送到接收器件 的輸入端。
4
電阻 阻抗 特性阻抗
電阻
當導線中流通者是直流電流
流 路 流 路 1 2πfC 兩 兩 流 利 2πfL 率 兩
時，其所遭遇的阻力稱為電阻
兩 流 路
=
= ρ
阻抗
導線中流通者是低頻 或 的交流電流時，其 到的阻力稱為阻抗 ，符號為 ，其數值大與導線本身的電阻 及迴路的容抗與感抗 有關。 有關
=
+
?
特性阻抗
當傳輸線中傳送的是高頻 以上 的波動訊號時，其 到的阻力稱為特性 阻抗 ，符號為 。此種高頻傳輸線，導線本身的 電阻影響很小，系統中之電感及電容影響較大。
ZO = R +
L ≈ C
L C
5
特性阻抗之诠释与测试_百度文库(精)
特性阻抗之诠释与测试 白蓉生 一 . 前言 抽象又复杂的数字高速逻辑原理与传输线中方波讯号的如何传送以及如何确保其讯号完整性 Signal Integrity降低其噪声 Noise 减少之误动作等专业表达若能以简单的生活实例加以说明而非动则搬来一堆数学公式与难懂的物理语言者则对新手或隔行者之启迪与造福实有事半功倍举重若轻之受用也 然而众多本科专业者甚至杏坛为师的博士教授们不知是否尚未真正进入情况不知其所以然亦或是刻意卖弄所知以慑服受教者则不得而知或是二者心态兼有之坊间大量书籍期刊文章多半也都言不及义缺图少例确实让人雾里看花 看懂了反倒奇怪呢 笔者近来获得一份有关阻抗控制的演示文稿资料系电性测试之专业日商HIOKI 所提供其内容堪称文要图简一看就懂令人爱不释手正是笔者长久以来所追求的境界大喜之下乃征得原著问港建公司的同意并经由港建公司廖丰莹副总的大力协助以及原作者山崎浩 Hiroshi Yamazaki及其上司金井敏彦 Toshihiko Kanai等解惑下得以完成此文在此一并感谢并欢迎所 有前辈先进们多多慨赐类似资料嘉惠学子读者 则功在业界善莫大焉 二 .将讯号的传输看成软管送水浇花
2.1 数字系统之多层板讯号线 Signal Line中当出现方波讯号的传输时可将之假想成为软管 hose 送水浇花一端于手握处加压使其射出水柱另一端接在水龙头当握管处所施压的力道恰好而让水柱的射程正确洒落在目标区时则施与受两者皆欢而顺利完成使命 岂非一种得心应手的小小成就 2.2 然而一旦用力过度水注射程太远不但腾空越过目标浪费水资源甚至还可能因强力水压无处宣泄以致往来源反弹造成软管自龙头上的挣脱 ! 不仅任务失败横生挫折 而且还大捅纰漏满脸豆花呢