高頻板材特性與阻抗控制

1、AC Impedance　交流阻抗
交流電中綜合了電阻 (Resistance；R) 、容抗 (Capacitive Reactance；Xc)，及感抗 ( Inductive Reactance ；XL ) 而構(gòu)成的交流 "電阻"，簡稱為"阻抗"(Impedance，代表符號(hào)為Z)。其公式為 Ζ=√(R2+(XL-XC)2)。本詞與高速或高頻傳輸線中的訊號(hào)(Signal；此詞尚有其它同義字如脈沖Pulse，方波Square Wave，Step Wave階波等)所遇到阻力的"特性阻抗" (Charac teristic Impedance，其代表符號(hào)為Zo)與前者完全不同，其公式為 Zo=√(L/C)。又原詞中的 AC 是指 Alternating Current 即"極性交換之電流"而言。亦即隨時(shí)間變化的電流，簡稱交流。此 AC 符號(hào)常用于每秒鐘變換極性 (Polarity Switching )很多次的電源，其波形常為正弦波、方波或三角波等。

2、Characteristic Impedance特性阻抗
是指當(dāng)導(dǎo)體中有電子"訊號(hào)"波形之傳播時(shí)，其電壓對(duì)電流的比值稱為"阻抗Impedance"。由于交流電路中或在高頻情況下，原已混雜有其它因素(如容抗、感抗等)的"Resistance"，已不再只是簡單直流電的"歐姆電阻"(OhmicResistance)，故在電路中不宜再稱為"電阻"，而應(yīng)改稱為"阻抗"。不過到了真正用到"Impedance阻抗"的交流電情況時(shí)，免不了會(huì)造成混淆，為了有所區(qū)別起見，只好將電子訊號(hào)者稱為"特性阻抗"。電路板線路中的訊號(hào)傳播時(shí)，影響其"特性阻抗"的因素有線路的截面積，線路與接地層之間絕綠材質(zhì)的厚度，以及其介質(zhì)常數(shù)等三項(xiàng)。目前已有許多高頻高傳輸速度的板子，已要求"特性阻抗"須控制在某一范圍之內(nèi)，則板子在制造過程中，必須認(rèn)真考慮上述三項(xiàng)重要的參數(shù)以及其它配合的條件。

3、Frequency 頻率
是指各種周期性運(yùn)動(dòng)，在單位時(shí)間內(nèi)所重復(fù)的次數(shù)而言。電頻通常是以"赫"（Herz,即每秒內(nèi)重復(fù)的次數(shù)或周數(shù)）為單位。電路板線路中的"訊號(hào)"，是以波動(dòng)方式傳輸，故欲其高速則必先要高頻。而在高頻下，其板材的介質(zhì)常數(shù)就顯得非常關(guān)鍵，例如3 GHz以上的高頻微波通信板，則介常數(shù)4.5的FR-4必須更換成只有2.6的PTFE板材才行，以減少訊號(hào)的散逸與延誤。

4、Impedance Match 阻抗匹配
在電子電路中若有訊號(hào)(Signal)在傳送時(shí)，希望由電源發(fā)出端(Source)起，在能量損失最少的情形下，能順利傳送到接收端(Load)。并由接受端將其完全吸收而不產(chǎn)生任何的反射。欲達(dá)到這種良好的傳送或傳輸，則電路中的阻抗(ZL)必須與"發(fā)出端"內(nèi)部的阻抗(Zo)相等才行，稱之為"阻抗匹配"。

5、Radio Frequency Interference(RFI)射頻干擾
是一項(xiàng)意外不良的干擾，包括出現(xiàn)一些不良的暫存狀態(tài)(Transients)訊號(hào)，會(huì)干擾到電子通信設(shè)備或其它電子機(jī)器之操作而影響其正常功能。例如早期未做RFI預(yù)防的電視機(jī)，當(dāng)附近有腳踩式摩托車發(fā)動(dòng)時(shí)，由于其火星塞所發(fā)出火花(Spark)電磁波，傳入電視機(jī)后將會(huì)造成畫面短暫的混亂。若在電視機(jī)膠殼的內(nèi)壁，以化學(xué)銅或含鎳漆料等處理上一屏障 (Shielding)層后，即可將傳來的電磁波導(dǎo)引至"接地層"去，以減少 RFI的干擾。至于某些"高周波"熔接工場，也需將其建筑物以金屬網(wǎng)接地，避免其所散出的高頻電磁波對(duì)周圍電子電器品的干擾。在機(jī)場航道附近之業(yè)者，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?duì)飛機(jī)降落雷達(dá)儀表造成干擾，對(duì)飛安有很大的威脅，必須嚴(yán)加防范。

6、Reflection反射
一般常識(shí)中是指鏡面將入射光加以反射之謂。不過在計(jì)算機(jī)主機(jī)板中對(duì)高速訊號(hào)之傳播時(shí)，則是指"訊號(hào)"由Driver發(fā)出經(jīng)訊號(hào)線在 Receiver傅播時(shí)，若三者間之阻抗值均能匹配，則訊號(hào)之能量可順利到達(dá)Receiver中一旦訊號(hào)線品質(zhì)有問題，致使其呈現(xiàn)的"特性阻抗"值超過限度時(shí)，將會(huì)造成訊號(hào)部份能量折回 Driver ，也稱為"反射"。

7、Rise Time上升時(shí)間
此詞是方波式邏輯訊號(hào) (Signal)或脈沖 (Pulse) 的重要性質(zhì)。以縱坐標(biāo)為電壓(如早期的5V與現(xiàn)在的 3.3V，及未來可能的 2.5V)，橫坐標(biāo)為時(shí)間所組成的"時(shí)脈Clock" (時(shí)鐘脈波)系統(tǒng)；其傳播中方波的生成，理論上應(yīng)自低態(tài)垂直升起到達(dá)"高態(tài)"，但實(shí)際上卻是以某一斜坡升起。該升起斜坡之 10％高度到 90％高度所耗掉的時(shí)間，稱為Rise Time，常用單位為 10-9秒Nono-Second，簡稱為NS，譯為奈秒。

8、Ultra High Frequency(UHF)特高頻率
指頻率在 300MHz ~ 3GHz 之間，或波長在 1 m ～10 cm 之"極超短波"，稱為UHF。如電視、汽車電話、大哥大電話等皆屬此一范圍，其所使用之電路板材 FR-4 則尚可達(dá)成使命。至于頻率更高的微波電子產(chǎn)品，則需用到 Teflon板材了 (詳見電路板信息雜志50期之專文)。EMI Electromagnetic Interference ;電磁干擾RF Radio Frequency;無線電波，射頻RFI Radio-Frequency Interference;射頻干擾SHF Super High Frequency ; 超高頻率(即頻率在3～30GHz間的微波；波長為1～10cm，可用于遠(yuǎn)程無線之大哥大或衛(wèi)星通信 )UHF Ultra-High Frequency ;特高頻率之電磁波是指頻率在300～3,000MHz的電波，或波長在 1～10dm (10～100cm)的"極超短波"而言，常用于高畫顯電視。VHF Very High Frequency ; 極高頻率電磁波 (即超短波)指頻率在30～300MHz間的電波，其波長在 1～10m間，用于廣播及電視。