為(wéi)什麽大多數工程師喜歡用50歐姆作為pcb的傳輸線阻抗(有(yǒu)時候這個值甚至(zhì)就是pcb板的缺省值),為什麽不是60或者是70歐(ōu)姆呢?
從生產工藝的角(jiǎo)度
對於寬度確定的走線,3個主要的因素會影響(xiǎng)pcb走線的阻抗。 首先,是pcb走線近區(qū)場的emi(電磁幹擾)和這個(gè)走線距參考平麵的高度是成一(yī)定的比例關係的,高度(dù)越低意味著輻(fú)射越小。 其次,串擾會隨走線高度有顯著的變(biàn)化,把高度減少一半,串擾會減少到近四分之(zhī)一。 後,高度越低(dī)阻抗越(yuè)小,不易受電容性負載影(yǐng)響。
pcb單端阻抗主要是(shì)線寬,銅厚,介質(zhì)厚度三個(gè)因素決定(dìng)的。如上圖,50ω,這三個參(cān)數(shù)是5.5mil,1.4mil,3.5mil。這些參數對生產來說比較容易製造,阻抗再小,介質厚度得越小,介質厚度再小就會超(chāo)出生產設(shè)備的製程能力(lì)。5-6mil也是現在一(yī)般pcb生產廠家都能生產(chǎn)的。線寬一點對(duì)於現在高密度高速(sù)pcb來說,設(shè)計工程師又得叫苦不迭了。所以50ω在業界(jiè)成為標準,也就不足為奇了。
從電氣性能的角度
下麵再從損耗的角度看看。在高頻高速線路中有個(gè)趨膚(fū)效應,大家大學學過電子知識的都知(zhī)道。業界己經(jīng)證明50ω對於趨膚效應來說(shuō),它的損耗是小的。通(tōng)常電纜(lǎn)的趨膚效應損耗l(以分貝做單(dān)位)跟(gēn)總(zǒng)的趨膚效應電阻r(單位長度)除以特性阻抗z0成正比。 總的趨膚效應電阻r是屏蔽層和中間導體電阻之和。屏蔽層的趨膚效應電阻在高頻(pín)時,和它的直徑d2成反比。同軸電纜內部導體的趨膚效應電阻在高頻時,和他的直徑d1成(chéng)反(fǎn)比(bǐ)。總共的串聯電阻r,因此和(1/d2+1/d1)成正比。綜合這些因素,給定d2和相應的(de)隔離材料的介電常數er,可以計算(suàn)出在趨膚效應損耗小的(de)情況下d2/d1的比值。 假定固態聚乙烯的介電常數(shù)為2.25,趨膚(fū)效應損耗小時,d2/d1=3.5911得出特性阻抗正是50歐姆。
從曆史的角度
鳥牌電子公司提供(gòng)了一個為流傳的故事版(bǎn)本,來自於 harmon banning 的《電纜:關於 50 歐(ōu)姆(mǔ)的來曆可能有很多故事(shì)》。在微波應用的初期,二(èr)次世界大戰期間(jiān),阻抗的選擇*依賴於使用的需要.對於大(dà)功率的處理,30歐姆和(hé)44歐姆常被使用。 另一方麵,低損耗的空氣填充(chōng)線的阻抗是93歐姆。在(zài)那些歲月裏,對(duì)於很少用的更高頻(pín)率,沒有易彎曲的軟電纜,僅僅是(shì)填充空氣介質的剛性(xìng)導管。半剛性電纜誕生於50年代早期,真正的微波軟電纜出現是大(dà)約10年以後了。 隨著(zhe)技術的進步,需要給出(chū)阻抗標準,以便在經濟性和(hé)方便性上取得平衡。在美國,50歐姆是一個折中的選擇;為聯合陸地軍(jun1)和海軍解決這些問(wèn)題,一個名為jan的(de)組織成立了(le),就是後來的desc,由mil特別發展的(de)。 歐洲選擇了60歐姆。事實上,在美國多使用的導管(guǎn)是(shì)由現有(yǒu)的標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/轉換器,感覺很奇怪的。 終50歐姆(mǔ)勝出了,並且特別的導管被製造出來(也可能是裝修工人(rén)略(luè)微(wēi)改變了他們管子的(de)直徑)。不久以(yǐ)後(hòu),在象hewlett-packard 這樣(yàng)在業界占統治地位的公司的影響下,歐洲人也被迫改變了。
所以對於射頻50ω阻抗標準緣由是業界經過長期的實踐統一下來的,從生產製造上,電氣性能,曆史因素上都是一個折中(zhōng)的選擇。
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