PCB設計為什么一般控制50歐姆阻抗？

凡億夏樂中 · 發(fā)表于 2018-10-13 11:24:24

本帖最后由凡億夏樂中于 2018-10-13 11:26 編輯

阻抗：在具有電阻、電感和的電路里，對電路中的電流所起的阻礙作用叫做阻抗。它常用Z表示，是一個復數(shù)，實部稱為電阻，虛部稱為電抗。

阻抗的單位是歐姆。

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(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。

圖1 疊層信息圖示

從上圖可以看出，設計上面的單端網(wǎng)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(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計的。電子技術有很大一部分是來源于軍隊，首先技術是使用于軍用，慢慢的由軍用轉(zhuǎn)為民用。在微波應用的初期，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�？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(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。