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干货 | PCB设计为何一般控制50欧姆阻抗?

2019-11-10
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做PCB设计过程中,在走线之前,一般我们会对自己要进行设计的项目进行叠层,根据厚度、基材、层数等信息进行计算阻抗,计算完后一般可得到如下图示内容。


图1 叠层信息图示
从上图可以看出,设计上面的单端网络一般都是50欧姆来管控,那很多人就会问,为什么要求按照50欧姆来管控而不是25欧姆或者80欧姆?

首先,默认选择用50欧姆,而且业内大家都接受这个值,一般来说,肯定是由某个公认的机构制订了某个标准,大家是按标准进行设计的。

电子技术有很大一部分是来源于军队,首先技术是使用于军用,慢慢的由军用转为民用。

在微波应用的初期,二次世界大战期间,阻抗的选择完全依赖于使用的需要,没有一个标准值。随着技术的进步,需要给出阻抗标准,以便在经济性和方便性上取得平衡。

在美国,最多使用的导管是由现有的标尺竿和水管连接成的,51.5欧姆十分常见,但看到和用到的适配器、转换器又是50-51.5欧姆;为联合陆军和海军解决这些问题,一个名为JAN的组织成立了(后来的DESC组织),由MIL特别发展的,综合考虑后最终选择了50欧姆,由此相关的导管被制造出来,并由此转化为各种线缆的标准。

此时欧洲标准是60欧姆,不久以后,在象Hewlett-Packard这样在业界占统治地位的公司的影响下,欧洲人也被迫改变了,所以50欧姆最终成为业界的一个标准沿袭下来,也就变成约定俗成了,而和各种线缆连接的PCB,为了阻抗的匹配,最终也是按照50欧姆阻抗标准来要求了。

其次,一般标准的制定是会基于PCB生产工艺和设计性能、可行性的综合考量。

从PCB生产加工工艺角度出发,以现有的大部分PCB生产厂商的设备考虑,生产50欧姆阻抗的PCB是比较容易实现的。

从阻抗计算过程可知,过低的阻抗需要较宽的线宽以及薄介质或较大的介电常数,这对于目前高密板来说空间上比较难满足;过高的阻抗又需要较细的线宽及较厚的介质或较小的介电常数,不利于EMI及串扰的抑制,同时对于多层板及从量产的角度来讲加工的可靠性会比较差。

控制50欧姆阻抗在使用常用板材(FR4等)、常用芯板的环境下,生产常用的板厚的产品(如1mm、1.2mm等),可设计常见的线宽(4~10mil),这样板厂加工起来是非常方便的,对其加工使用的设备要求也不是很高。

从PCB设计方面考虑,50欧姆也是综合考虑之后选择。从PCB走线的性能来说,一般阻抗低比较好,对一个给定线宽的传输线,和平面距离越近,相应的EMI会减小,串扰也会因此减小。

但从信号全路径的角度看,还需要考虑最关键的一个因素,那就是芯片的驱动能力,在早期大多数芯片驱动不了阻抗小于50欧姆的传输线,而更高阻抗的传输线由于实现起来不便,所以折中采用50欧姆阻抗。

所以一般选择50欧姆作为常规时单端信号控制阻抗的默认值。

来源:凡亿PCB

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