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PCB为什么常用50Ω阻抗?6大原因

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在PCB设计中,阻抗通常是指传输线的特性阻抗,这是电磁波在导线中传输时的特性阻抗,与导线的几何形状、介质材料和导线周围环境等因素有关。


对于一般的高速数字信号传输和RF电路,50Ω是一个常用的阻抗值。


为什么是50Ω?30Ω或者80Ω不行吗?默认选择50Ω阻抗,是历史、PCB生产工艺、电路设计、成本等多因素共同决定的。


一、50Ω阻抗是美国军方制定的阻抗标准


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。但是随着技术的进步,需要给出阻抗标准,以便在经济性和方便性上取得平衡。


于是,美国军方的一个联合组织——JAN组织(Joint Army Navy),基于其阻抗匹配、信号传输稳定性和防止信号反射等方面的考虑,最终选用了50Ω阻抗作为常用标准值。


之后,50Ω阻抗就慢慢发展为全球默认的标准值。


二、50Ω阻抗可实现最大功率传输


从PCB设计角度来看,在50Ω阻抗下,信号可以在电路中以最大功率传输,从而减少信号衰减和反射。在无线通信领域,50Ω阻抗也是最常用的天线输入阻抗。


一般阻抗低,PCB走线的性能会较好。对于一条给定线宽的传输线,其和平面距离越近,相应的EMI会减小,串扰也会因此减小。但是从信号全路径的角度看,阻抗不能过于低——这涉及到最关键的一个因素,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50Ω的传输线,而更高阻抗的传输线由于实现起来不便且性能没那么好,所以折中采用50Ω阻抗是当时最优的选择。

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三、50Ω容易进行阻抗匹配


PCB设计中,经常需要进行阻抗匹配,以减少信号反射和干扰。设计PCB走线时,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。

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华秋电路提供阻抗匹配的计算


50Ω阻抗广泛应用于电子工程领域,因此容易进行阻抗匹配,降低信号反射和干扰。


四、选用50Ω阻抗,PCB生产较容易


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50Ω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。


五、50Ω阻抗可以提高设备之间的兼容性


许多标准和设备的电路板、连接器和电缆都是为50Ω阻抗设计的,因此使用50Ω阻抗可以提高设备之间的兼容性。


六、使用50Ω阻抗,PCB制造成本更低


在制造成本和信号性能之间的平衡考虑下,50Ω阻抗是一种经济实用的选择。


结语

凭着相对稳定的传输特性和较低的信号失真率等诸多优点,50Ω阻抗被广泛应用于其他领域,例如视频信号、高速数据通信等。但需要注意的是,虽然50Ω阻抗是电子工程中最常用的阻抗之一,但在一些应用中,如射频等,可能需要其他阻抗值来满足特定的需求。因此在具体设计中,应根据实际情况选择适当的阻抗值。


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