設計PCB時(shí)為什么經(jīng)常有人會(huì )提起50Ω阻抗

在PCB設計中，阻抗通常是指傳輸線(xiàn)的特性阻抗，這是電磁波在導線(xiàn)中傳輸時(shí)的特性阻抗，與導線(xiàn)的幾何形狀、介質(zhì)材料和導線(xiàn)周?chē)h(huán)境等因素有關(guān)。

對于一般的高速數字信號傳輸和RF電路，50Ω是一個(gè)常用的阻抗值。

為什么是50Ω？30Ω或者80Ω不行嗎？默認選擇50Ω阻抗，是歷史、PCB生產(chǎn)工藝、電路設計、成本等多因素共同決定的。

一、50Ω阻抗是美國軍方制定的阻抗標準

二次世界大戰期間，阻抗的選擇完全依賴(lài)于使用的需要，沒(méi)有一個(gè)標準值。但是隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步，需要給出阻抗標準，以便在經(jīng)濟性和方便性上取得平衡。

于是，美國軍方的一個(gè)聯(lián)合組織——JAN組織(Joint Army Navy)，基于其阻抗匹配、信號傳輸穩定性和防止信號反射等方面的考慮，最終選用了50Ω阻抗作為常用標準值。

之后，50Ω阻抗就慢慢發(fā)展為全球默認的標準值。

二、50Ω阻抗可實(shí)現最大功率傳輸

從PCB設計角度來(lái)看，在50Ω阻抗下，信號可以在電路中以最大功率傳輸，從而減少信號衰減和反射。在無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域，50Ω阻抗也是最常用的天線(xiàn)輸入阻抗。

一般阻抗低，PCB走線(xiàn)的性能會(huì )較好。對于一條給定線(xiàn)寬的傳輸線(xiàn)，其和平面距離越近，相應的EMI會(huì )減小，串擾也會(huì )因此減小。但是從信號全路徑的角度看，阻抗不能過(guò)于低——這涉及到最關(guān)鍵的一個(gè)因素，那就是芯片的驅動(dòng)能力。

在早期大多數芯片驅動(dòng)不了阻抗小于50Ω的傳輸線(xiàn)，而更高阻抗的傳輸線(xiàn)由于實(shí)現起來(lái)不便且性能沒(méi)那么好，所以折中采用50Ω阻抗是當時(shí)最優(yōu)的選擇。


三、50Ω容易進(jìn)行阻抗匹配

PCB設計中，經(jīng)常需要進(jìn)行阻抗匹配，以減少信號反射和干擾。設計PCB走線(xiàn)時(shí)，一般我們會(huì )對自己要進(jìn)行設計的項目進(jìn)行疊層，根據厚度、基材、層數等信息進(jìn)行計算阻抗。

50Ω阻抗廣泛應用于電子工程領(lǐng)域，因此容易進(jìn)行阻抗匹配，降低信號反射和干擾。

四、選用50Ω阻抗，PCB生產(chǎn)較容易

從PCB生產(chǎn)加工工藝角度出發(fā)，以現有的大部分PCB生產(chǎn)廠(chǎng)商的設備考慮，生產(chǎn)50Ω阻抗的PCB是比較容易實(shí)現的。

從阻抗計算過(guò)程可知，過(guò)低的阻抗需要較寬的線(xiàn)寬以及薄介質(zhì)或較大的介電常數，這對于目前高密板來(lái)說(shuō)空間上比較難滿(mǎn)足：過(guò)高的阻抗又需要較細的線(xiàn)寬及較厚的介質(zhì)或較小的介電常數，不利于EMI及串擾的抑制，同時(shí)對于多層板及從量產(chǎn)的角度來(lái)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)，可設計常見(jiàn)的線(xiàn)寬(4~10mil)，這樣板廠(chǎng)加工起來(lái)是非常方便的，對其加工使用的設備要求也不是很高。

五、50Ω阻抗可以提高設備之間的兼容性

許多標準和設備的電路板、連接器和電纜都是為50Ω阻抗設計的，因此使用50Ω阻抗可以提高設備之間的兼容性。

六、使用50Ω阻抗，PCB制造成本更低

在制造成本和信號性能之間的平衡考慮下，50Ω阻抗是一種經(jīng)濟實(shí)用的選擇。

結語(yǔ)

憑著(zhù)相對穩定的傳輸特性和較低的信號失真率等諸多優(yōu)點(diǎn)，50Ω阻抗被廣泛應用于其他領(lǐng)域，例如視頻信號、高速數據通信等。但需要注意的是，雖然50Ω阻抗是電子工程中最常用的阻抗之一，但在一些應用中，如射頻等，可能需要其他阻抗值來(lái)滿(mǎn)足特定的需求。因此在具體設計中，應根據實(shí)際情況選擇適當的阻抗值。

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