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PCB設(shè)計

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為什么在PCB設(shè)計中PCB阻抗控制為50歐姆?

發(fā)布日期:2021-06-03

做PCB設(shè)計,特別是阻抗要求特別嚴格的阻抗控制電路板的設(shè)計過程中,在走線之前,一般我們會對自己要進行設(shè)計的項目進行疊層,根據(jù)厚度、基材、層數(shù)等信息進行計算阻抗,計算完后一般可得到如下圖示內(nèi)容。

PCB電路板阻抗計算值

圖1 疊層信息圖示

從上圖可以看出,設(shè)計上面的單端網(wǎng)絡(luò)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(yè)內(nèi)大家都接受這個值,一般來說,肯定是由某個公認的機構(gòu)制訂了某個標準,大家是按標準進行設(shè)計的。


電子技術(shù)有很大一部分是來源于軍隊,首先技術(shù)是使用于軍用,慢慢的由軍用轉(zhuǎn)為民用。


在微波應(yīng)用的初期,二次世界大戰(zhàn)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(shù)的進步,需要給出阻抗標準,以便在經(jīng)濟性和方便性上取得平衡。


在美國,最多使用的導管是由現(xiàn)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(zhuǎn)換器又是50-51.5歐姆;為聯(lián)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(fā)展的,綜合考慮后最終選擇了50歐姆,由此相關(guān)的導管被制造出來,并由此轉(zhuǎn)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(yè)界占統(tǒng)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(yè)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(chǎn)工藝和設(shè)計性能、可行性的綜合考量。


從PCB生產(chǎn)加工工藝角度出發(fā),以現(xiàn)有的大部分PCB生產(chǎn)廠商的設(shè)備考慮,生產(chǎn)50歐姆阻抗的PCB是比較容易實現(xiàn)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(zhì)或較大的介電常數(shù),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(zhì)或較小的介電常數(shù),不利于EMI及串擾的抑制,同時對于多層板及從量產(chǎn)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(huán)境下,生產(chǎn)常用的板厚的產(chǎn)品(如1mm、1.2mm等),可設(shè)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(shè)備要求也不是很高。


從PCB設(shè)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(yīng)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(guān)鍵的一個因素,那就是芯片的驅(qū)動能力,在早期大多數(shù)芯片驅(qū)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(xiàn)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(guī)時單端信號控制阻抗的默認值。

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