我们都知道的流行词：阻抗，50欧姆，10％，平衡线，CTE（热膨胀系数），介电常数和损失等等。在这个新的系列中，PCB101，我将打破这些门外汉的流行词，希望让更多的人了解电路板中所发生的一切。

阻抗是一个很不错的开始。在PCB设计和制造中，我认为阻抗是最常用的——但又是理解最少——的术语。

阻抗可以被看作一个能量水平，线迹和电介质内核作为设备，必须支持这些能量水平。每当我们发出一个信号，它都有特定的能量水平。每一个信号位都必须加以计算，因为你放入什么信号，你就会以什么样的方式退出。有些信号会在磁辐射中部分丢失，有些会在阻抗中变化沿着轨迹反射回来。一些原始信号会被电介质吸收。在轨迹的另一端的末端，信号丢失后还剩下些什么呢？

什么是电介质？电介质这个术语是指一种材料，基本上是绝缘体，它不直接进行电传导。但电介质可以吸收少量的电。介电常数一词，或Dk，是表示层压板持有电量能力的一个数字，就像电池。一个电容器就是这样运作的。

典型的FR-4层压板的介电常数是4.2至4.4。与特氟龙层压板相比较，特氟龙层压板的介电常数为2.3。Dk值越大，容量越大，层压板可以储存的电量就越大。此外，对于我们的信号来书更糟糕的是，特别是在较高的频率下。特氟龙聚四氟乙烯层压板的较低的Dk意味着信号能量充电能力较小。沿着轨迹吸收的能量较少，意味着在轨迹末端我们能够得到一个较好的信号。

随着介电常数，产生了介电损失。介电损失描述了在电介质材料中有多少信号被吸收或被损失。耗散因子（DF）测量介质损失。它通常表示为一个非常小的数目；典型的FR-4的Df是0.1，而聚四氟乙烯的Df值是0.002。层压板的Df值越低，那么它吸收或影响信号能力层就越小，我们在轨迹另一端得到的信号也就越多。Dk和Df根据不同的信号频率变化很大。

频率是指一个信号每秒钟正负变化的次数。交流信号从负极转换到正极。一个1千赫的信号每秒钟变化1000次，而1兆赫意味着每秒100万次。我们现在在GHz范围内工作，这是一个惊人的每秒10亿次的频率。随着频率上升，奇怪的事情也开始发生。阻抗的电介质和需要完善配套。此外，随着频率的上升，电力不再在铜线内传导，而是沿着外壳传导。这就是所谓的外壳效应。

轨迹阻抗在信号强度和完整性上的效果，和能量有很大的关系。把电路板轨迹想象成软管。如果我们试图把在软管中压入太多的水，就不合适了。但它必须存在，所以多余的水压就会反射回来，造成软管入口处的水柱喷射。

阻抗不匹配也会发生同样的情况。轨迹有一定量的电容，阻抗越高，电容越低，能储存的能量也越低。这个电容只能在这么短的时间内被这么一点能量储存满。如果我们把一个电子信号发送到一个具有更高阻抗更低的电容轨迹中，我们将无法吸收和装满这个电容器。这些额外的能量将反弹回来，作为反射干扰信号，这是我们不想要的。就像往一个小池塘里扔进一块石头，浪花会拍打岸边，并反弹回来数次，每次都变得更小。轨迹吸收的信号能量越少，另一端获得的信号也越少。在6 GHz的频率下，只有约15%的信号到达了轨迹末端。

你会认为解决办法是把信号喂入一个低阻抗的轨迹，以提高我们可携带的信号量。但如果我们把信号放到一个阻抗太低的轨迹中，那么信号就会失去能量，因为它试图以太少的能量来充电太大的电容。信号电压会进一步下降。

进一步想一下我们的软管概念，如果我们试图用一个橡胶软管来填充一个大的管子，软管中少量的水不能填满大管子。为了保持从橡皮软管中水流量和速度相同，它就必须连接到一个类似大小的软管上，这和阻抗是完全一样的。

信号水平和信号完整性是我们需要在轨迹到轨迹的基线上控制阻抗的原因。

下一期PCB101很快就到。不要迟到哦。