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辰仪科技告诉您为什么是50Ω

更新时间:2019-11-11      点击次数:934

为什么大多数工程师喜欢用50欧姆作为pcb的传输线阻抗(有时候这个值甚至就是pcb板的缺省值),为什么不是60或者是70欧姆呢?

从生产工艺的角度

对于宽度确定的走线,3个主要的因素会影响pcb走线的阻抗。 首先,是pcb走线近区场的emi(电磁干扰)和这个走线距参考平面的高度是成一定的比例关系的,高度越低意味着辐射越小。 其次,串扰会随走线高度有显著的变化,把高度减少一半,串扰会减少到近四分之一。 后,高度越低阻抗越小,不易受电容性负载影响。

pcb单端阻抗主要是线宽,铜厚,介质厚度三个因素决定的。如上图,50ω,这三个参数是5.5mil,1.4mil,3.5mil。这些参数对生产来说比较容易制造,阻抗再小,介质厚度得越小,介质厚度再小就会超出生产设备的制程能力。5-6mil也是现在一般pcb生产厂家都能生产的。线宽一点对于现在高密度高速pcb来说,设计工程师又得叫苦不迭了。所以50ω在业界成为标准,也就不足为奇了。

从电气性能的角度

下面再从损耗的角度看看。在高频高速线路中有个趋肤效应,大家大学学过电子知识的都知道。业界己经证明50ω对于趋肤效应来说,它的损耗是小的。通常电缆的趋肤效应损耗l(以分贝做单位)跟总的趋肤效应电阻r(单位长度)除以特性阻抗z0成正比。 总的趋肤效应电阻r是屏蔽层和中间导体电阻之和。屏蔽层的趋肤效应电阻在高频时,和它的直径d2成反比。同轴电缆内部导体的趋肤效应电阻在高频时,和他的直径d1成反比。总共的串联电阻r,因此和(1/d2+1/d1)成正比。综合这些因素,给定d2和相应的隔离材料的介电常数er,可以计算出在趋肤效应损耗小的情况下d2/d1的比值。 假定固态聚乙烯的介电常数为2.25,趋肤效应损耗小时,d2/d1=3.5911得出特性阻抗正是50欧姆。

从历史的角度

鸟牌电子公司提供了一个为流传的故事版本,来自于 harmon banning 的《电缆:关于 50 欧姆的来历可能有很多故事》。在微波应用的初期,二次世界大战期间,阻抗的选择*依赖于使用的需要.对于大功率的处理,30欧姆和44欧姆常被使用。 另一方面,低损耗的空气填充线的阻抗是93欧姆。在那些岁月里,对于很少用的更高频率,没有易弯曲的软电缆,仅仅是填充空气介质的刚性导管。半刚性电缆诞生于50年代早期,真正的微波软电缆出现是大约10年以后了。 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,50欧姆是一个折中的选择;为联合陆地军和海军解决这些问题,一个名为jan的组织成立了,就是后来的desc,由mil特别发展的。 欧洲选择了60欧姆。事实上,在美国多使用的导管是由现有的标尺竿和水管连接成的,51.5欧姆是十分常见的。看到和用到50欧姆到51.5欧姆的适配器/转换器,感觉很奇怪的。 终50欧姆胜出了,并且特别的导管被制造出来(也可能是装修工人略微改变了他们管子的直径)。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。

所以对于射频50ω阻抗标准缘由是业界经过长期的实践统一下来的,从生产制造上,电气性能,历史因素上都是一个折中的选择。

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