对特性阻抗与阻抗匹配的简单理解

• 前言（唠叨几句）

作为硬件工程师，在PCB设计时难免会遇到要进行 阻抗匹配 的设计电路。即使你从来没有设计过需要阻抗匹配的电路，那肯定也或多或少的听过 阻抗匹配 这个名词。

到底阻抗匹配是个什么玩意儿，为什么要进行阻抗匹配？做阻抗匹配之前，需要了解哪些基本常识，可以从哪几个因素来进行阻抗匹配，都是需要一步一步来了解消化。

首先， 阻抗匹配 匹配的是 PCB 板上的 传输线（此时已经再是普通的信号线，应该叫传输线） 的 特性阻抗。 

记住！记住！记住！ 匹配的是   特性阻抗 ！！！特性阻抗 ！！！特性阻抗 ！！！

并不是我们常规理解的那种纯电阻本身的阻抗，和我们理解的电阻的阻值没有半毛钱关系。既然叫 特性阻抗，那就是和普通电阻的阻值有区别，不然的话，为啥不直接叫做传输线的阻值，而要费劲的填两个字叫 特性阻抗 呢？

再唠叨几句。

所以大家要记住一点，特性阻抗 与 平时我们理解的阻值 没有任何关系。分明就是两个东西。要理解这一点很容易，举个栗子！ 大家肯定知道市场上卖的 50欧姆同轴缆。我之前理解特性阻抗与阻值是一个东西，认为同轴缆的两端如果用万用表测量的话，阻值应该是50欧姆。但是1米的同轴缆与 100米的同轴缆实际测量处理的电阻值肯定不一样。即使1000000米同轴缆也叫 50欧姆同轴缆。 但实际上，用万用表测出来的阻值，不论是1米的，100米的，或者10000000米的50欧姆同轴缆，实际用万用表测量的阻值与50欧姆都不同，相差恨大。至少这三种长度的同轴缆的阻值肯定是不同的，那为啥都叫50欧姆同轴缆呢？

原因是：这个同轴缆的 特性阻抗 是50欧姆，和我们理解的  阻值  没有半毛钱关系。

需要提前理解的名词

在进一步理解特性阻抗之前，我们来了解一下相关名词。

传输线

平时我们接触的高频或射频电路设计中，PCB上走信号的连接线（Trace），就已经不能被叫做信号线了，应该改叫传输线。

当线上的信号从源端到终端的 往返时间 大于 信号的上升时间，那么此时承载信号的铜箔线就不能叫信号线，应该叫传输线。信号线不需要进行特性阻抗匹配，传输线需要考虑做特性阻抗匹配，来降低信号在传输过程中的反射造成的波形失真程度。

阻抗匹配（特性阻抗匹配）

传输线需要考虑 特性阻抗匹配。为啥要特性阻抗匹配呢？当然是为了在信号的传输过程中，要保证信号波形的完整性，以至于在信号终端可以准确检测到。信号从源端出发，经过了 信号源内阻， 传输线， 终端，三个部分。每个部分都有自己的特性阻抗值，当信号经过不同特性阻抗值的介质中时会发生能量的反射。类似于光从空气进入水，或者从水进入空气，在接触表面都要发生反射。这样就造成了能量的不稳定，从而造成了在特性阻抗突变处信号波形不稳定，容易发生信号时序，电平等参数的不稳定，导致信号无法准确检测。

吃个栗子！你蹭隔壁房间的WIFI，但是中间有墙，导致你接收到的WIFI信号就弱，信号被墙反射回去一大部分，只有少部分的WIFI信号穿过墙，来到了你的手机，这就导致你的网速慢，上网信号质量不好。怎么解决呢？当然是要把墙推了，使WIFI信号直接从无线路由器出发，经过空气，来到你的手机里。这就是进行特性阻抗匹配的方法。

保持信号在传输路径上 介质的特性阻抗一致性。

所以要进行特性阻抗匹配，将两个介质的特性阻抗调整至微小差别，使反射量减小，提高信号质量。

特性阻抗

首先，决定传输线特性阻抗的因素有：

1、PCB上走线的线宽（这个我们在设计电路板时可以决定），铜箔的厚度（加工时对加工厂提要求）；

2、介质厚度，介电常数；（通常由电路板板材决定，我们接触最多的就是 FR4 板材）；

3、阻焊层油墨厚度等其他乱七八糟的因素，不是我们设计电路板时主要考虑的参数。

以上3点，我们最主要的是要了解因素 1、2。

记住，特性阻抗 与 传输线的长度没有一丁点关系。

在做电路板传输线的特性阻抗匹配时，由相关的仿真软件进行计算。事先与加工厂联系，确定好板材的介电常数等参数，然后将铜厚，介质厚度，介电常数，叠层设计等参数以此填入仿真软件，就可以大致的估算出每一信号层进行 50欧姆特性阻抗匹配时，需要多大的线宽。依照此线宽进行布线就可以。

当然这只是在布线前进行的初步估算，实际PCB加工时，加工厂会根据自己的工艺，板材参数，铜箔参数再进行微调。从而达到你所要求的 特性阻抗值。

 

我也就理解这么多，有不对的地方，还希望大神批评指正。

另外最近看到一个比较靠谱的博客，里面有很多关于高频电路设计 SI/PI 的相关文章，有兴趣的可以去看看。链接：

https://www.mr-wu.cn/