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          为什么PCB上的单端阻抗控制50欧姆

          发布时间:2019-08-09 18:47:27 分类:行业新闻

               很多刚接触阻抗的人都会有这个疑问,为什么常见的板内单端走线都是默认要求按照50欧姆来管控而不是40欧姆或者60欧姆电竞平台?这是一个看似简单但又不好回答的问题。在写这篇文章前我们也查找了很多资料,其中最有知名度的是Howard Johnson, PhD关于此问题的答复,相信很多人都有看过。

               为什么说不好回答呢电竞平台?信号完整性问题本身就是一个权衡取舍的问题,所以在业内最著名的一句话也就是:"It depends……" 这就是没有标准答案,仁者见仁智者见智的一个问题。今天高速先生也就这个问题综合各种答复来简单总结下,在此也是抛砖引玉电竞平台,希望更多的人可以从各自的角度出发总结出更多相关的因素电竞平台。
               首先,50欧姆是有一定历史渊源的,这得从标准线缆说起。我们都知道近代电子技术很大一部分是来源于军队,慢慢的军用转为民用,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。随着技术的进步,需要给出阻抗标准电竞平台,以便在经济性和方便性上取得平衡。在美国电竞平台,最多使用的导管是由现有的标尺竿和水管连接成的,51.5欧姆十分常见电竞平台,但看到和用到的适配器/转换器又是50欧姆到51.5欧姆电竞平台;为联合陆军和海军解决这些问题电竞平台,一个名为JAN的组织成立了,就是后来的DESC电竞平台,由MIL特别发展的,综合考虑后最终选择了50欧姆,并且特别的导管被制造出来电竞平台,并由此转化为各种线缆的标准。此时欧洲标准是60欧姆电竞平台,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电竞平台,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电竞平台,也就变成约定俗成了电竞平台电竞平台,而和各种线缆连接的pcb电竞平台,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,从线路板制作可实现的角度出发,50欧姆实现起来比较方便。从前面阻抗计算公式可知,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电竞平台;而50欧姆在常用材料的环境下普通的线宽和介质厚度(4~6mil)即符合设计要求(如下图一阻抗计算)电竞平台,又方便加工,慢慢的成为默认选择也就不足为奇了。

               第三电竞平台,从损耗的角度出发,根据基本的物理学可以证明50欧姆阻抗趋肤效应损耗最?电竞平台。ㄕ訦oward Johnson, PhD的回复)。通常电缆的趋肤效应损耗L(以分贝做单位)和总的趋肤效应电阻R(单位长度)除以特性阻抗Z0成正比。总的趋肤效应电阻R是屏蔽层和中间导体电阻之和。屏蔽层的趋肤效应电阻在高频时,和它的直径d2成反比。同轴电缆内部导体的趋肤效应电阻在高频时,和他的直径d1成反比。总共的串联电阻R,因此和(1/d2+1/d1)成正比。综合这些因素,给定d2和相应的隔离材料的介电常数Er,可以用以下公式来使得趋肤效应损耗最小。



               在任何关于电磁场和微波的基础书中,都可以找到Z0是d2电竞平台,d1和Er的函数。
           



               把公式2代入公式1中,分子分母同时乘以d2,整理得到           
           


               从公式3分离出常数项( /60)*(1/d2),有效的项((1+d2/d1)/ln(d2/d1))来确定最小值点。仔细查看公式3的最小值点仅由d2/d1控制电竞平台,和Er以及固定值d2无关。以d2/d1为参数电竞平台,为L做图,显示d2/d1=3.5911时,取得最小值。假定固态聚乙烯的介电常数为2.25,d2/d1=3.5911 得出特性阻抗为51.1欧姆。很久之前电竞平台,无线电工程师为了方便使用,把这个值近似为50欧姆作为同轴电缆最优值电竞平台。这证明了在50欧姆附近电竞平台,L是最小的电竞平台。
               最后电竞平台,从电气性能的角度看,50欧姆的优势也是综合考虑之后的折中。单纯从pcb走线的性能来说电竞平台,阻抗低比较好,对一个给定线宽的传输线电竞平台电竞平台,和平面距离越近,相应的EMI会减小,串扰也会因此减小,同时也不易受容性负载影响电竞平台。但从全路径的角度看,还需要考虑最关键的一个因素,那就是芯片的驱动能力,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,所以折中采用了50欧姆阻抗。
               综上所述:50欧姆作为业界的默认值有其先天的优势电竞平台,同时也是综合考虑后的折中方案,但并不是说就一定要用50欧姆阻抗了电竞平台,很多时候还是取决于与之匹配的接口,如75欧姆仍然是远程通讯的标准,一些线缆和天线都是使用的75欧姆,此时就需要与之匹配的pcb线路阻抗。另外还有一些特殊的芯片通过改善芯片驱动能力电竞平台,来降低传输线的阻抗电竞平台,以此得到更好的抑制EMI和串扰的效果,如Intel的多数芯片要求阻抗控制在37欧姆电竞平台、42欧姆甚至更低,在此不再赘述。


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