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FFC排線特性阻抗如何匹配？
- 作者: 阿勇
- 來源: 鑫美特FFC/FPC
- 日期 : 2023-07-01
關(guān)于談“FFC排線特性阻抗如何匹配”的問題，首先要闡述一下什么是特性阻抗？
特性阻抗是針對(duì)交流信號(hào)（高頻信號(hào)）而言的，它是一個(gè)長線傳輸概念。信號(hào)在傳輸線中傳輸?shù)倪^程中，在信號(hào)到達(dá)的任何一個(gè)點(diǎn)，傳輸線與參考平面會(huì)形成一個(gè)電場，由于電場的作用，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)瞬間的感性小電流，這個(gè)小電流在傳輸線中的沒一點(diǎn)都存在，而在此同時(shí)，信號(hào)也存在一定的電壓，因此在信號(hào)傳輸過程中，傳輸線的每一點(diǎn)就會(huì)等效成一個(gè)電阻，這個(gè)等效電阻就被我們常稱之為“特性阻抗”。由此可知，特性阻抗與傳輸線的絕對(duì)阻抗雖然單位一樣，都是歐姆（Ω），但是此阻抗非彼阻抗，兩者之間完全不是一回事。
由于特性阻抗過程推理的復(fù)雜性，這里不演繹，直接給出公式，特性阻抗R0=【120/（√ε）】*㏑（2D-d）/d，其中d為銅線芯的直徑，D為兩根芯線的中心距離，ε為絕緣塑料的介電常數(shù)。因此，材料不變的情況下，只要傳輸線結(jié)構(gòu)均勻（即d與D保持均勻不變），那么鏈路中每一點(diǎn)特性阻抗保持不變。實(shí)際應(yīng)用中很難做到，因?yàn)閭鬏斁€導(dǎo)體不可能每一處都絕緣均勻。
以FFC排線為例說明，當(dāng)一條排線間距、導(dǎo)體尺寸（厚、寬），絕緣膜厚度確定了后，相當(dāng)于d、D都確定了，介電常數(shù)也是固定的，這樣特性阻抗值在這種理想的狀態(tài)下也就固定了。但是事實(shí)上很難做到的，F(xiàn)FC排線的導(dǎo)體是扁平結(jié)構(gòu)，導(dǎo)體是通過由粗銅拉絲而成，一卷導(dǎo)體不可能每處做到絕對(duì)一樣寬一樣厚，導(dǎo)體與導(dǎo)體間的間距也多少有一定的公差波動(dòng)，絕緣膜每一處的厚度也不能完全一樣。所以特性阻抗每處不是完全一致，但是這個(gè)波動(dòng)都是在可接受范圍內(nèi)。
當(dāng)設(shè)計(jì)一條FFC排線，如何對(duì)其特性阻抗進(jìn)行匹配調(diào)整呢？根據(jù)上述公式R0=【120/（√ε）】*㏑（2D-d）/d，我們可以對(duì)其間距進(jìn)行放大或縮小，但是市面上一般間距是固定的，pitch0.5、0.8、1.0、1.25、2.0、2.54這么幾種間距，所以間距也不是是隨意設(shè)計(jì)的，首先要考慮到板端連接器的間距，排線間距要與連接器的間距保證一致，而板端由于空間的限制，一般間距不會(huì)很大，常用的基本上就是0.5與1.0間距，也就是說我們對(duì)ffc排線進(jìn)行阻抗匹配設(shè)計(jì)，從間距上可做的選擇很有限。當(dāng)間距確定好了，導(dǎo)體寬度也基本上定了，只有對(duì)導(dǎo)體的厚度做文章，而通常ffc排線導(dǎo)體厚度0.035mm~0.1mm，不同導(dǎo)體厚度會(huì)影響特性阻抗的值，但是這種調(diào)節(jié)幅度有限，最后還有絕緣膜厚度的選擇，也能稍微調(diào)整排線的特性阻抗，但是絕緣膜選擇一般就是0.037mm~0.1mm范圍，不同厚度能調(diào)節(jié)排線的特性阻抗，但是調(diào)整幅度不會(huì)很大。如果上述方法都使用了，還是不能把排線的特性阻抗調(diào)整到需要的范圍，比如現(xiàn)有的排線的特性阻抗在50Ω上下，根據(jù)實(shí)際使用，需要將其調(diào)整到100Ω上下，這該怎么處理呢？
事實(shí)上方法是有的，就是在排線的單面或雙面貼阻抗調(diào)整材或屏蔽材，純阻抗調(diào)整材比如鋁網(wǎng)或銀網(wǎng)能夠大幅度調(diào)整特性阻抗值，但是屏蔽效果不是很好，而且對(duì)插損影響比較大。常用的方法都是采用貼屏蔽材，屏蔽材使用最多的就是復(fù)合鋁箔（俗稱為吸波材），這樣加工的ffc排線既能把特性阻抗調(diào)整到需要的范圍，又能起到屏蔽的效果。這種對(duì)特性阻抗調(diào)整的方法也是業(yè)內(nèi)通常采用的方法。
用戶有時(shí)會(huì)出現(xiàn)這種情況，比如對(duì)排線進(jìn)行單面屏蔽，感覺效果不是很理想，希望對(duì)排線的雙面進(jìn)行屏蔽，反而效果更差了，這是什么原因?qū)е碌哪兀窟@個(gè)十之八九是特性阻抗不匹配，因?yàn)檫M(jìn)行單面屏蔽時(shí)選擇是某種厚度的屏蔽材，剛好能讓特性阻抗調(diào)整到合適的范圍，而進(jìn)行雙面屏蔽時(shí)，兩面還是用同一種厚度的屏蔽材，這可是要出大問題了，因?yàn)橛猛瑯雍穸鹊钠帘尾倪M(jìn)行單面屏蔽和雙面屏蔽，對(duì)特性阻抗值相差很大的。舉例說明，下面時(shí)同一款排線的特性阻抗測量值，圖一是單面屏蔽，圖二是同樣厚度的屏蔽材雙面屏蔽。
圖一 圖二
由此可見，同樣厚度的屏蔽材，單面貼與雙面貼對(duì)特性阻抗差異很大，那么如果想單面屏蔽改為雙面屏蔽，而特性阻抗又要保持大體不變，怎么辦呢？這時(shí)雙面屏蔽時(shí)屏蔽材的厚度通常要加厚，具體加厚到多少，這樣根據(jù)排線導(dǎo)體間距，導(dǎo)體粗細(xì)、膠膜厚度綜合考慮。
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特性阻抗是針對(duì)交流信號(hào)（高頻信號(hào)）而言的，它是一個(gè)長線傳輸概念。信號(hào)在傳輸線中傳輸?shù)倪^程中，在信號(hào)到達(dá)的任何一個(gè)點(diǎn)，傳輸線與參考平面會(huì)形成一個(gè)電場，由于電場的作用，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)瞬間的感性小電流，這個(gè)小電流在傳輸線中的沒一點(diǎn)都存在，而在此同時(shí)，信號(hào)也存在一定的電壓，因此在信號(hào)傳輸過程中，傳輸線的每一點(diǎn)就會(huì)等效成一個(gè)電阻，這個(gè)等效電阻就被我們常稱之為“特性阻抗”。由此可知，特性阻抗與傳輸線的絕對(duì)阻抗雖然單位一樣，都是歐姆（Ω），但是此阻抗非彼阻抗，兩者之間完全不是一回事。
由于特性阻抗過程推理的復(fù)雜性，這里不演繹，直接給出公式，特性阻抗R0=【120/（√ε）】*㏑（2D-d）/d，其中d為銅線芯的直徑，D為兩根芯線的中心距離，ε為絕緣塑料的介電常數(shù)。因此，材料不變的情況下，只要傳輸線結(jié)構(gòu)均勻（即d與D保持均勻不變），那么鏈路中每一點(diǎn)特性阻抗保持不變。實(shí)際應(yīng)用中很難做到，因?yàn)閭鬏斁€導(dǎo)體不可能每一處都絕緣均勻。
以FFC排線為例說明，當(dāng)一條排線間距、導(dǎo)體尺寸（厚、寬），絕緣膜厚度確定了后，相當(dāng)于d、D都確定了，介電常數(shù)也是固定的，這樣特性阻抗值在這種理想的狀態(tài)下也就固定了。但是事實(shí)上很難做到的，F(xiàn)FC排線的導(dǎo)體是扁平結(jié)構(gòu)，導(dǎo)體是通過由粗銅拉絲而成，一卷導(dǎo)體不可能每處做到絕對(duì)一樣寬一樣厚，導(dǎo)體與導(dǎo)體間的間距也多少有一定的公差波動(dòng)，絕緣膜每一處的厚度也不能完全一樣。所以特性阻抗每處不是完全一致，但是這個(gè)波動(dòng)都是在可接受范圍內(nèi)。
當(dāng)設(shè)計(jì)一條FFC排線，如何對(duì)其特性阻抗進(jìn)行匹配調(diào)整呢？根據(jù)上述公式R0=【120/（√ε）】*㏑（2D-d）/d，我們可以對(duì)其間距進(jìn)行放大或縮小，但是市面上一般間距是固定的，pitch0.5、0.8、1.0、1.25、2.0、2.54這么幾種間距，所以間距也不是是隨意設(shè)計(jì)的，首先要考慮到板端連接器的間距，排線間距要與連接器的間距保證一致，而板端由于空間的限制，一般間距不會(huì)很大，常用的基本上就是0.5與1.0間距，也就是說我們對(duì)ffc排線進(jìn)行阻抗匹配設(shè)計(jì)，從間距上可做的選擇很有限。當(dāng)間距確定好了，導(dǎo)體寬度也基本上定了，只有對(duì)導(dǎo)體的厚度做文章，而通常ffc排線導(dǎo)體厚度0.035mm~0.1mm，不同導(dǎo)體厚度會(huì)影響特性阻抗的值，但是這種調(diào)節(jié)幅度有限，最后還有絕緣膜厚度的選擇，也能稍微調(diào)整排線的特性阻抗，但是絕緣膜選擇一般就是0.037mm~0.1mm范圍，不同厚度能調(diào)節(jié)排線的特性阻抗，但是調(diào)整幅度不會(huì)很大。如果上述方法都使用了，還是不能把排線的特性阻抗調(diào)整到需要的范圍，比如現(xiàn)有的排線的特性阻抗在50Ω上下，根據(jù)實(shí)際使用，需要將其調(diào)整到100Ω上下，這該怎么處理呢？
事實(shí)上方法是有的，就是在排線的單面或雙面貼阻抗調(diào)整材或屏蔽材，純阻抗調(diào)整材比如鋁網(wǎng)或銀網(wǎng)能夠大幅度調(diào)整特性阻抗值，但是屏蔽效果不是很好，而且對(duì)插損影響比較大。常用的方法都是采用貼屏蔽材，屏蔽材使用最多的就是復(fù)合鋁箔（俗稱為吸波材），這樣加工的ffc排線既能把特性阻抗調(diào)整到需要的范圍，又能起到屏蔽的效果。這種對(duì)特性阻抗調(diào)整的方法也是業(yè)內(nèi)通常采用的方法。
用戶有時(shí)會(huì)出現(xiàn)這種情況，比如對(duì)排線進(jìn)行單面屏蔽，感覺效果不是很理想，希望對(duì)排線的雙面進(jìn)行屏蔽，反而效果更差了，這是什么原因?qū)е碌哪兀窟@個(gè)十之八九是特性阻抗不匹配，因?yàn)檫M(jìn)行單面屏蔽時(shí)選擇是某種厚度的屏蔽材，剛好能讓特性阻抗調(diào)整到合適的范圍，而進(jìn)行雙面屏蔽時(shí)，兩面還是用同一種厚度的屏蔽材，這可是要出大問題了，因?yàn)橛猛瑯雍穸鹊钠帘尾倪M(jìn)行單面屏蔽和雙面屏蔽，對(duì)特性阻抗值相差很大的。舉例說明，下面時(shí)同一款排線的特性阻抗測量值，圖一是單面屏蔽，圖二是同樣厚度的屏蔽材雙面屏蔽。
圖一 圖二
由此可見，同樣厚度的屏蔽材，單面貼與雙面貼對(duì)特性阻抗差異很大，那么如果想單面屏蔽改為雙面屏蔽，而特性阻抗又要保持大體不變，怎么辦呢？這時(shí)雙面屏蔽時(shí)屏蔽材的厚度通常要加厚，具體加厚到多少，這樣根據(jù)排線導(dǎo)體間距，導(dǎo)體粗細(xì)、膠膜厚度綜合考慮。
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