影響PCB阻抗的主要因素 PCB設計50歐姆阻抗控制的原因

為什么很多工程師用 50Ohm PCB 傳輸線，有些時候這則成為 PCB 布線的默認設置。為什么不是 60 Ohm 或者 70 Ohm?

在線寬固定的情況下，有三個主要因素影響PCB的阻抗。

第一，到PCB傳輸線最近的電磁干擾層的影響正比于PCB傳輸線到最近的參考平面的距離，越小的距離就越小的輻射。

第二，串擾也隨傳輸線的厚度有則明顯的變化，減少一半的傳輸線厚度將減少傳輸線串擾。

第三，越小的距離產(chǎn)生越小的阻抗，這個有利于減少容性負載的影響。所有的三個因素鼓勵設計者去設計傳輸線更加靠近參考平面。阻止傳輸線厚度降為0的主要原因是大部分的芯片不可能很好的驅動小于50 Ohm的傳輸線，除了Rambus 27Ω，舊的國家BTL聯(lián)盟17Ω。

并不是所有的用50Ω做阻抗控制都是最好的。如：舊NMOS8080處理器工作頻率100Khz的時候沒有電磁干擾和串擾以及容性負載的問題，同時在任何時候他也不可能驅動50Ω的傳輸線.就這個處理器而言，由于高的阻抗將減小驅動電源，故我們必須使用我們能制造出來的最薄的，最高的阻抗的傳輸線.

同時我們也要考慮機械問題(制程問題)。如，在高密度多層板的高壓合夾層空間下，70Ω的傳輸線在現(xiàn)在微小印刷技術下很難被制造出來，在這種情況下，你也許會轉而用50Ω的傳輸線，50Ω的傳輸線允許用比70Ω更寬的線寬，從而使電路板存在可制造性。

那同軸電纜線的阻抗又如何呢?在射頻的世界里,考量的問題點與印刷電路板又有不同,至今射頻工業(yè)還是關注與相似阻抗的同軸電纜線,根據(jù)國際電工協(xié)會出版物78(1967), 75Ω是一個非常容易被接受的同軸阻抗標準，因為你能更加容易的匹配幾種比較流行的天線結構。它同時定義了50Ω的實心聚乙烯線的結構，即給出了固定的外層屏蔽層的直徑，同時給出了固定的介電常數(shù)2.2。因為在50Ω先可以減小傳輸過程中的趨膚效應。

同時你可以從物理學定理上證明50Ω同軸電纜線阻抗的優(yōu)越性。電纜趨膚效應損失為L(每單位長度上)正比于趨膚效應電阻R(每單位長度)除以電纜的特性阻抗Z。電纜總的趨膚電阻為外層屏蔽層電阻加上內層傳輸線電阻之和。在高頻下，屏蔽層的串接趨膚電阻反比與它的直徑d2。內層傳輸線的串聯(lián)趨膚電阻反比與它的直徑d1.則總的串接電阻正比于(1/d2+1/d1).結合上述因素，相互介電常數(shù)ER,屏蔽層直徑d2 為給定的固定值，你能下面這個公式來最小化趨膚效應的損失，

在任何初級電磁場電磁波課本里，你都能找到如下的公式：Z0 表示為d2, d1, 和ER:的公式

將公式2代入公式1，則可得公式三如下

從公式三分離常數(shù)項((√ER/60 )(1/d2))，變量((1+d2/d1)/ln(d2/d1))決定趨膚損失最小化的點，仔細檢查公式三，發(fā)現(xiàn)最小損失的點只與d2/d1 的比有關，與ER 和固定的d2都無關。

將L作為自變量d2/d1的一個函數(shù)，一個可操作的結構顯示最小損失點為d2/d1=53.5911.假設一個固體的聚乙烯絕緣體的介電常數(shù)為2.25，相當于波的傳播速度為光的66%。d2/d1=53.5911.用于公式二可得傳輸線的特性阻抗為51.1Ω，很久以前，無線電工程師堅決的僅僅使同軸線的阻抗達到更方便的50Ω。這不意味你就必須用50Ω。如，如果你設計了一個75Ω的傳輸線，此線有相同的外層屏蔽層直徑和介電常數(shù)，其趨膚損失僅增加了12%，不同的介電常數(shù)材料的可以優(yōu)化d2/d1的值，從而產(chǎn)生優(yōu)化的阻抗。

原文標題：為什么很多PCB傳輸線的阻抗都是50歐姆

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審核編輯：湯梓紅