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PCB設計為何一般控制50歐姆阻抗?

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樓主
發表于 2019-11-6 16:40:52 | 只看該作者 |只看大圖 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式
  做PCB設計過程中,在走線之前,一般我們會對自己要進行設計的項目進行疊層,根據厚度、基材、層數等信息進行計算阻抗,計算完后一般可得到如下圖示內容。

  圖1 疊層信息圖示
  從上圖可以看出,設計上面的單端網絡一般都是50歐姆來管控,那很多人就會問,為什么要求按照50歐姆來管控而不是25歐姆或者80歐姆?
  首先,默認選擇用50歐姆,而且業內大家都接受這個值,一般來說,肯定是由某個公認的機構制訂了某個標準,大家是按標準進行設計的。
  電子技術有很大一部分是于軍隊,首先技術是使用于軍用,慢慢的由軍用轉為民用。
  在微波應用的初期,二次世界大戰期間,阻抗的選擇完全依賴于使用的需要,沒有一個標準值。隨著技術的進步,需要給出阻抗標準,以便在經濟性和方便性上取得平衡。
  在美國,最多使用的導管是由現有的標尺竿和水管連接成的,51.5歐姆十分常見,但看到和用到的適配器、轉換器又是50-51.5歐姆;為聯合陸軍和海軍解決這些問題,一個名為JAN的組織成立了(后來的DESC組織),由MIL特別發展的,綜合考慮后最終選擇了50歐姆,由此相關的導管被制造出來,并由此轉化為各種線纜的標準。
  此時歐洲標準是60歐姆,不久以后,在象Hewlett-Packard這樣在業界占統治地位的公司的影響下,歐洲人也被迫改變了,所以50歐姆最終成為業界的一個標準沿襲下來,也就變成約定俗成了,而和各種線纜連接的PCB,為了阻抗的匹配,最終也是按照50歐姆阻抗標準來要求了。
  其次,一般標準的制定是會基于PCB生產工藝和設計性能、可行性的綜合考量。
  從PCB生產加工工藝角度出發,以現有的大部分PCB生產廠商的設備考慮,生產50歐姆阻抗的PCB是比較容易實現的。
  從阻抗計算過程可知,過低的阻抗需要較寬的線寬以及薄介質或較大的介電常數,這對于目前高密板來說空間上比較難滿足;過高的阻抗又需要較細的線寬及較厚的介質或較小的介電常數,不利于EMI及串擾的抑制,同時對于多層板及從量產的角度來講加工的可靠性會比較差。
  控制50歐姆阻抗在使用常用板材(FR4等)、常用芯板的環境下,生產常用的板厚的產品(如1mm、1.2mm等),可設計常見的線寬(4~10mil),這樣板廠加工起來是非常方便的,對其加工使用的設備要求也不是很高。
  從PCB設計方面考慮,50歐姆也是綜合考慮之后選擇。從PCB走線的性能來說,一般阻抗低比較好,對一個給定線寬的傳輸線,和平面距離越近,相應的EMI會減小,串擾也會因此減小。
  但從信號全路徑的角度看,還需要考慮最關鍵的一個因素,那就是芯片的驅動能力,在早期大多數芯片驅動不了阻抗小于50歐姆的傳輸線,而更高阻抗的傳輸線由于實現起來不便,所以折中采用50歐姆阻抗。
  所以一般選擇50歐姆作為常規時單端信號控制阻抗的默認值。

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