特性阻抗是什么？怎么计算？

特性阻抗：又称“特征阻抗”，它不是直流电阻，属于长线传输中的概念。在高频范围内，信号传输过程中，信号沿到达的地方，信号线和参考平面(电源或地平面)间由于电场的建立，会产生一个瞬间电流，如果传输线是各向同性的，那么只要信号在传输，就始终存在一个电流I，而如果信号的输出电平为V，在信号传输过程中，传输线就会等效成一个电阻，大小为V/I，把这个等效的电阻称为传输线的特性阻抗Z。信号在传输的过程中，如果传输路径上的特性阻抗发生变化，信号就会在阻抗不连续的结点产生反射。

现象类比：运输线的糟糕路况(类似传输线里的特性阻抗)会影响运输车队的速度，路越窄，路的阻碍作用越大(特性阻抗大，通过的无线电波能量就小);路越宽、路况越好，通过的车队速度越快(通过的无线电波能量越多)。假若一段路况特别好，另一段路况特别差，从路况好的路段进入差的路段，车队就需要放慢速度。这就说明两段路的路况不匹配(阻抗不匹配)。特性阻抗是射频传输线影响无线电波电压、电流的幅值和相位变化的固有特性，等于各处的电压与电流的比值，用V/I表示。在射频电路中，电阻、电容、电感都会阻碍交变电流的流动，合称阻抗。电阻是吸收电磁能量的，理想电容和电感不消耗电磁能量。阻抗合起来影响无线电波电压、电流的幅值和相位。同轴电缆的特性阻抗和导体内、外直径大小及导体间介质的介电常数有关，而与工作频率传输线所接的射频器件以及传输线长短无关。也就是说，射频传输线各处的电压和电流的比值是一定的，特征阻抗是不变的。无线通信系统射频器件有两种特性阻抗，一种是50Ω用于军用微波、GSM、WCDMA等系统;另一种是75Ω，用于有线电视系统，一般应用较少。

2控制PCB特性阻抗的意义

PCB在电子产品中不仅起电流导通的作用,同时也起信号传送的作用;

电子产品的高频、高速化，要求PCB提供的电路性能必须保证信号在传输过程中不发生反射，保持信号完整、不失真;

特性阻抗是解决信号完整性问题的核心所在;

电子设备(如电脑、通信交换机等)操作时，驱动元件(Driver)所发出的信号，需通过PCB信号线到达接收元件(Receiver)。为保证信号完整性，要求PCB的信号线的特性阻抗(Z0)必须与头尾元件的“电子阻抗”匹配;

当传输线≥1/3上升时间长度时，信号会发生反射，须考虑特性阻抗。

3影响特性阻抗的因素

介质介电常数，与特性阻抗值成反比(Er)，下图为常规的板材参数:

线路层与接地层(或外层)间介质厚度,与特性阻抗值成正比(H),下图为常规的板材参数:

阻抗线线底宽度(下端W1);线面(上端W2)宽度,与特性阻抗成反比。

铜厚,与特性阻抗值成反比(T)

相邻线路与线路之间的间距,与特性阻抗值成正比(差分阻抗)(S)

基材阻焊厚度,与阻抗值成反比(C)人认识事物总是有一个过程，一般都是从具体到抽象。认识特性阻抗也是一样的，在我们认识特性阻抗之前，先认识跟特性阻抗比较相关的一个物理量—电阻。

电阻是一个实实在在的物理元器件，通过欧姆定律我们可以知道，电压、电流和电阻三者之间的关系，U=I*R

我们通过一个具体的电路来分析这三者之间的具体关系，请看下面的一张最简单的电路图。这个电路图只有一个电源一个电阻和一些导线组成。特性阻抗就不一样了，用万用表测量一根50欧姆特性阻抗时，将会发现是短路的。这就需要我们从概念上区分电阻(哪怕是刚好是50欧姆的电阻)和特性阻抗是两码事。就像温度上面的度(摄氏度)和角度上的度一样，不是一个东西。

电阻这个物理量大家都懂，这里就不解释了。我们来分析一下这个特性阻抗到底是何方神圣，是在什么条件下才会用这个东西的。

其实特性阻抗是和射频紧密相隔的一个物理量，在认识特性阻抗之前先认识一下射频。我们知道电台，手机通讯信号，wifi等都是向外部发射信号能量的装置，也就是说能量是从天线射出去，能量不再回来到天线了，可以想像就像机枪向外面扫射一样，子弹打出去就不回来了。

好了，明白射频这个东西之后，我们再来到具体的传输射频能量的导线上面来。导线上面传输的射频信号也是一样的，希望它传过去就不要反传回来了，要是有能量反传回来就说明传输的效果差了。

为了更具体的说明特性阻抗这个东西 我这里打一个比方：

同一个电路板上面有2根导线(假设都是很长的两根线，你能想像它有多长就有多长)，因为同一个板，那么2根导线的铜皮厚度都是一样的。两根导线，长(无限长)和厚度是一样的，只能唯一不同的是宽度了，假设1号导线宽度是1(单位)，2号导线是2(单位)。也就是说2号线宽度是1号线的两倍。

特性阻抗不是个基础概念，而是应用于传输线的概念。在高速应用场景，信号传输线已经不能看作理想导线，不能忽略传输线上的一些寄生参数，如寄生电阻、寄生电容、寄生电感。特性阻抗就是一个综合传输线场景下这些参数的合成参数。

单位长度的传输线可以等效为以下模型：

这个等效模型是如何产生的呢，我们做下详细的阐述：

信号在传输线中，类同于水管中的流水，是需要有过程的，电磁场的建立也是需要一个过程的，信号不是一下子从发射端传播到接收端。

信号线与信号线、信号线与参考平面之间充满了分布电阻、电容与分布电感，或者说寄生电阻、寄生电容与寄生电感(实际应用中，传输线的电阻部分，即耗散能量的部分往往可以忽略不计，即上式中的R和G为0，近似为无损传输线。对于无损传输线，阻抗表达式如上)。信号每向前传播一步都会遇到特定的电容参数与电感参数。信号在传输线一步一步传播的过程中会遇到不同的Z，如果传输线做的非常均匀(这也是传输线要均匀阻抗控制的原因)，那么阻抗Z就处处相等，我们成这个处处都相等的阻抗为特性阻抗：

我们所说的阻抗控制，实际上就是控制特征阻抗，需要让传输线整体均匀，阻抗趋于一直，减小反射。

备注：整条传输线的寄生L和寄生C的计算：

如果一条传输线长度为Z，那么它的总电容就是Z*C，单位长度电容一般为几pF;如果一条传输线长度为Z，那么它的回路电感就是Z*L，单位长度电感一般为几nH。