2018-09-29 09:39:34
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為什么大多數(shù)工程師喜歡用50歐姆作為PCB的傳輸線阻抗(有時(shí)候這個(gè)值甚至就是PCB板的缺省值)，為什么不是60或者是70歐姆呢?
從生產(chǎn)工藝的角度
對(duì)于寬度確定的走線，3個(gè)主要的因素會(huì)影響PCB走線的阻抗。
首先，是PCB走線近區(qū)場(chǎng)的EMI(電磁干擾)和這個(gè)走線距參考平面的高度是成一定的比例關(guān)系的，高度越低意味著輻射越小。
其次，串?dāng)_會(huì)隨走線高度有顯著的變化，把高度減少一半，串?dāng)_會(huì)減少到近四分之一。
最后，高度越低阻抗越小，不易受電容性負(fù)載影響。
根據(jù)主流的PCB加工制造工藝，用SIM900A計(jì)算得到如下結(jié)果
PCB單端阻抗主要是線寬，銅厚，介質(zhì)厚度三個(gè)因素決定的。如上圖，50Ω，這三個(gè)參數(shù)是5.5mil,1.4mil,3.5mil。這些參數(shù)對(duì)生產(chǎn)來說比較容易制造，阻抗再小，介質(zhì)厚度得越小，介質(zhì)厚度再小就會(huì)超出生產(chǎn)設(shè)備的制程能力。5-6mil也是現(xiàn)在一般PCB生產(chǎn)廠家都能生產(chǎn)的。線寬一點(diǎn)對(duì)于現(xiàn)在高密度高速PCB來說，設(shè)計(jì)工程師又得叫苦不迭了。所以50Ω在業(yè)界成為標(biāo)準(zhǔn)，也就不足為奇了。
從電氣性能的角度
下面再?gòu)膿p耗的角度看看。在高頻高速線路中有個(gè)趨膚效應(yīng)，大家大學(xué)學(xué)過電子知識(shí)的都知道。業(yè)界己經(jīng)證明50Ω對(duì)于趨膚效應(yīng)來說，它的損耗是最小的。通常電纜的趨膚效應(yīng)損耗L(以分貝做單位)跟總的趨膚效應(yīng)電阻R(單位長(zhǎng)度)除以特性阻抗Z0成正比。
總的趨膚效應(yīng)電阻R是屏蔽層和中間導(dǎo)體電阻之和。屏蔽層的趨膚效應(yīng)電阻在高頻時(shí)，和它的直徑d2成反比。同軸電纜內(nèi)部導(dǎo)體的趨膚效應(yīng)電阻在高頻時(shí)，和他的直徑d1成反比。總共的串聯(lián)電阻R，因此和(1/d2+1/d1)成正比。綜合這些因素，給定d2和相應(yīng)的隔離材料的介電常數(shù)Er,可以計(jì)算出在趨膚效應(yīng)損耗最小的情況下d2/d1的比值。
假定固態(tài)聚乙烯的介電常數(shù)為2.25，趨膚效應(yīng)損耗最小時(shí)，d2/d1=3.5911得出特性阻抗正是50歐姆。
從歷史的角度
鳥牌電子公司提供了一個(gè)最為流傳的故事版本，來自于 Harmon Banning 的《電纜：關(guān)于 50 歐姆的來歷可能有很多故事》。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.對(duì)于大功率的處理，30歐姆和44歐姆常被使用。
另一方面，最低損耗的空氣填充線的阻抗是93歐姆。在那些歲月里，對(duì)于很少用的更高頻率，沒有易彎曲的軟電纜，僅僅是填充空氣介質(zhì)的剛性導(dǎo)管。半剛性電纜誕生于50年代早期，真正的微波軟電纜出現(xiàn)是大約10年以后了。
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(guó)，50歐姆是一個(gè)折中的選擇;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，就是后來的DESC，由MIL特別發(fā)展的。
歐洲選擇了60歐姆。事實(shí)上，在美國(guó)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歐姆是十分常見的。看到和用到50歐姆到51.5歐姆的適配器/轉(zhuǎn)換器，感覺很奇怪的。
最終50歐姆勝出了，并且特別的導(dǎo)管被制造出來(也可能是裝修工人略微改變了他們管子的直徑)。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。
所以對(duì)于射頻50Ω阻抗標(biāo)準(zhǔn)緣由是業(yè)界經(jīng)過長(zhǎng)期的實(shí)踐統(tǒng)一下來的，從生產(chǎn)制造上，電氣性能，歷史因素上都是一個(gè)折中的選擇。