PCB設(shè)計(jì)為什么一般控制50歐姆阻抗？

凡億夏樂(lè)中 · 發(fā)表于 2018-10-13 11:24:24

本帖最后由凡億夏樂(lè)中于 2018-10-13 11:26 編輯

阻抗：在具有電阻、電感和的電路里，對(duì)電路中的電流所起的阻礙作用叫做阻抗。它常用Z表示，是一個(gè)復(fù)數(shù)，實(shí)部稱(chēng)為電阻，虛部稱(chēng)為電抗。

阻抗的單位是歐姆。

做PCB設(shè)計(jì)過(guò)程中，在走線(xiàn)之前，一般我們會(huì)對(duì)自己要進(jìn)行設(shè)計(jì)的項(xiàng)目進(jìn)行疊層，根據(jù)厚度、基材、層數(shù)等信息進(jìn)行計(jì)算阻抗，計(jì)算完后一般可得到如下圖示內(nèi)容。

圖1 疊層信息圖示

從上圖可以看出，設(shè)計(jì)上面的單端網(wǎng)絡(luò)一般都是50歐姆來(lái)管控，那很多人就會(huì)問(wèn)，為什么要求按照50歐姆來(lái)管控而不是25歐姆或者80歐姆？

首先，默認(rèn)選擇用50歐姆，而且業(yè)內(nèi)大家都接受這個(gè)值，一般來(lái)說(shuō)，肯定是由某個(gè)公認(rèn)的機(jī)構(gòu)制訂了某個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，大家是按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。電子技術(shù)有很大一部分是來(lái)源于軍隊(duì)，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(lài)于使用的需要，沒(méi)有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值。隨著技術(shù)的進(jìn)步，需要給出阻抗標(biāo)準(zhǔn)，以便在經(jīng)濟(jì)性和方便性上取得平衡。在美國(guó)，最多使用的導(dǎo)管是由現(xiàn)有的標(biāo)尺竿和水管連接成的，51.5歐姆十分常見(jiàn)，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(wèn)題，一個(gè)名為JAN的組織成立了（后來(lái)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(dǎo)管被制造出來(lái)，并由此轉(zhuǎn)化為各種線(xiàn)纜的標(biāo)準(zhǔn)。此時(shí)歐洲標(biāo)準(zhǔn)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)沿襲下來(lái)，也就變成約定俗成了，而和各種線(xiàn)纜連接的PCB，為了阻抗的匹配，最終也是按照50歐姆阻抗標(biāo)準(zhǔn)來(lái)要求了。

其次，一般標(biāo)準(zhǔn)的制定是會(huì)基于PCB生產(chǎn)工藝和設(shè)計(jì)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(chǎng)商的設(shè)備考慮，生產(chǎn)50歐姆阻抗的PCB是比較容易實(shí)現(xiàn)的。從阻抗計(jì)算過(guò)程可知，過(guò)低的阻抗需要較寬的線(xiàn)寬以及薄介質(zhì)或較大的介電常數(shù)，這對(duì)于目前高密板來(lái)說(shuō)空間上比較難滿(mǎn)足；過(guò)高的阻抗又需要較細(xì)的線(xiàn)寬及較厚的介質(zhì)或較小的介電常數(shù)，不利于EMI及串?dāng)_的抑制，同時(shí)對(duì)于多層板及從量產(chǎn)的角度來(lái)講加工的可靠性會(huì)比較差�？刂�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(jì)常見(jiàn)的線(xiàn)寬（4~10mil），這樣板廠(chǎng)加工起來(lái)是非常方便的，對(duì)其加工使用的設(shè)備要求也不是很高。

從PCB設(shè)計(jì)方面考慮，50歐姆也是綜合考慮之后選擇。從PCB走線(xiàn)的性能來(lái)說(shuō)，一般阻抗低比較好，對(duì)一個(gè)給定線(xiàn)寬的傳輸線(xiàn)，和平面距離越近，相應(yīng)的EMI會(huì)減小，串?dāng)_也會(huì)因此減小。但從信號(hào)全路徑的角度看，還需要考慮最關(guān)鍵的一個(gè)因素，那就是芯片的驅(qū)動(dòng)能力，在早期大多數(shù)芯片驅(qū)動(dòng)不了阻抗小于50歐姆的傳輸線(xiàn)，而更高阻抗的傳輸線(xiàn)由于實(shí)現(xiàn)起來(lái)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(shí)單端信號(hào)控制阻抗的默認(rèn)值。