為什么PCB設(shè)計(jì)一般為50歐姆阻抗？

做PCB設(shè)計(jì)過程中，在走線之前，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。

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歐姆來管控，那很多人就會(huì)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(rèn)選擇用50歐姆，而且業(yè)內(nèi)大家都接受這個(gè)值，一般來說，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于使用的需要，沒有一個(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，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，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(gè)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(dǎo)管被制造出來，并由此轉(zhuǎn)化為各種線纜的標(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，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(biāo)準(zhǔn)來要求了。 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(duì)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(xì)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?dāng)_的抑制，同時(shí)對(duì)于多層板及從量產(chǎn)的角度來講加工的可靠性會(huì)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(jì)常見的線寬（4~10mil），這樣板廠加工起來是非常方便的，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走線的性能來說，一般阻抗低比較好，對(duì)一個(gè)給定線寬的傳輸線，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，而更高阻抗的傳輸線由于實(shí)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(shí)單端信號(hào)控制阻抗的默認(rèn)值。

審核編輯 黃宇