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PCB设计为何一般控制50欧姆阻抗

电子万花筒 2022-12-06 08:09
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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。

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