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？
特性阻抗是針對交流信號（高頻信號）而言的，它是一個長線傳輸概念。信號在傳輸線中傳輸的過程中，在信號到達的任何一個點，傳輸線與參考平面會形成一個電場，由于電場的作用，會產生一個瞬間的感性小電流，這個小電流在傳輸線中的沒一點都存在，而在此同時，信號也存在一定的電壓，因此在信號傳輸過程中，傳輸線的每一點就會等效成一個電阻，這個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。因此，材料不變的情況下，只要傳輸線結構均勻（即d與D保持均勻不變），那么鏈路中每一點特性阻抗保持不變。實際應用中很難做到，因為傳輸線導體不可能每一處都絕緣均勻。
以FFC排線為例說明，當一條排線間距、導體尺寸（厚、寬），絕緣膜厚度確定了后，相當于d、D都確定了，介電常數也是固定的，這樣特性阻抗值在這種理想的狀態下也就固定了。但是事實上很難做到的，FFC排線的導體是扁平結構，導體是通過由粗銅拉絲而成，一卷導體不可能每處做到絕對一樣寬一樣厚，導體與導體間的間距也多少有一定的公差波動，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，但是這個波動都是在可接受范圍內。
當設計一條FFC排線，如何對其特性阻抗進行匹配調整呢？根據上述公式R0=【120/（√ε）】*㏑（2D-d）/d，我們可以對其間距進行放大或縮小，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計的，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，一般間距不會很大，常用的基本上就是0.5與1.0間距，也就是說我們對ffc排線進行阻抗匹配設計，從間距上可做的選擇很有限。當間距確定好了，導體寬度也基本上定了，只有對導體的厚度做文章，而通常ffc排線導體厚度0.035mm~0.1mm，不同導體厚度會影響特性阻抗的值，但是這種調節幅度有限，最后還有絕緣膜厚度的選擇，也能稍微調整排線的特性阻抗，但是絕緣膜選擇一般就是0.037mm~0.1mm范圍，不同厚度能調節排線的特性阻抗，但是調整幅度不會很大。如果上述方法都使用了，還是不能把排線的特性阻抗調整到需要的范圍，比如現有的排線的特性阻抗在50Ω上下，根據實際使用，需要將其調整到100Ω上下，這該怎么處理呢？
事實上方法是有的，就是在排線的單面或雙面貼阻抗調整材或屏蔽材，純阻抗調整材比如鋁網或銀網能夠大幅度調整特性阻抗值，但是屏蔽效果不是很好，而且對插損影響比較大。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整到需要的范圍，又能起到屏蔽的效果。這種對特性阻抗調整的方法也是業內通常采用的方法。
用戶有時會出現這種情況，比如對排線進行單面屏蔽，感覺效果不是很理想，希望對排線的雙面進行屏蔽，反而效果更差了，這是什么原因導致的呢？這個十之八九是特性阻抗不匹配，因為進行單面屏蔽時選擇是某種厚度的屏蔽材，剛好能讓特性阻抗調整到合適的范圍，而進行雙面屏蔽時，兩面還是用同一種厚度的屏蔽材，這可是要出大問題了，因為用同樣厚度的屏蔽材進行單面屏蔽和雙面屏蔽，對特性阻抗值相差很大的。舉例說明，下面時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？這時雙面屏蔽時屏蔽材的厚度通常要加厚，具體加厚到多少，這樣根據排線導體間距，導體粗細、膠膜厚度綜合考慮。
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特性阻抗是針對交流信號（高頻信號）而言的，它是一個長線傳輸概念。信號在傳輸線中傳輸的過程中，在信號到達的任何一個點，傳輸線與參考平面會形成一個電場，由于電場的作用，會產生一個瞬間的感性小電流，這個小電流在傳輸線中的沒一點都存在，而在此同時，信號也存在一定的電壓，因此在信號傳輸過程中，傳輸線的每一點就會等效成一個電阻，這個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。因此，材料不變的情況下，只要傳輸線結構均勻（即d與D保持均勻不變），那么鏈路中每一點特性阻抗保持不變。實際應用中很難做到，因為傳輸線導體不可能每一處都絕緣均勻。
以FFC排線為例說明，當一條排線間距、導體尺寸（厚、寬），絕緣膜厚度確定了后，相當于d、D都確定了，介電常數也是固定的，這樣特性阻抗值在這種理想的狀態下也就固定了。但是事實上很難做到的，FFC排線的導體是扁平結構，導體是通過由粗銅拉絲而成，一卷導體不可能每處做到絕對一樣寬一樣厚，導體與導體間的間距也多少有一定的公差波動，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，但是這個波動都是在可接受范圍內。
當設計一條FFC排線，如何對其特性阻抗進行匹配調整呢？根據上述公式R0=【120/（√ε）】*㏑（2D-d）/d，我們可以對其間距進行放大或縮小，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計的，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，一般間距不會很大，常用的基本上就是0.5與1.0間距，也就是說我們對ffc排線進行阻抗匹配設計，從間距上可做的選擇很有限。當間距確定好了，導體寬度也基本上定了，只有對導體的厚度做文章，而通常ffc排線導體厚度0.035mm~0.1mm，不同導體厚度會影響特性阻抗的值，但是這種調節幅度有限，最后還有絕緣膜厚度的選擇，也能稍微調整排線的特性阻抗，但是絕緣膜選擇一般就是0.037mm~0.1mm范圍，不同厚度能調節排線的特性阻抗，但是調整幅度不會很大。如果上述方法都使用了，還是不能把排線的特性阻抗調整到需要的范圍，比如現有的排線的特性阻抗在50Ω上下，根據實際使用，需要將其調整到100Ω上下，這該怎么處理呢？
事實上方法是有的，就是在排線的單面或雙面貼阻抗調整材或屏蔽材，純阻抗調整材比如鋁網或銀網能夠大幅度調整特性阻抗值，但是屏蔽效果不是很好，而且對插損影響比較大。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整到需要的范圍，又能起到屏蔽的效果。這種對特性阻抗調整的方法也是業內通常采用的方法。
用戶有時會出現這種情況，比如對排線進行單面屏蔽，感覺效果不是很理想，希望對排線的雙面進行屏蔽，反而效果更差了，這是什么原因導致的呢？這個十之八九是特性阻抗不匹配，因為進行單面屏蔽時選擇是某種厚度的屏蔽材，剛好能讓特性阻抗調整到合適的范圍，而進行雙面屏蔽時，兩面還是用同一種厚度的屏蔽材，這可是要出大問題了，因為用同樣厚度的屏蔽材進行單面屏蔽和雙面屏蔽，對特性阻抗值相差很大的。舉例說明，下面時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？這時雙面屏蔽時屏蔽材的厚度通常要加厚，具體加厚到多少，這樣根據排線導體間距，導體粗細、膠膜厚度綜合考慮。
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