Leiterplattentechnisch - Leiterplatte, 50 Ohm

Leiterplatte, 50 ohm

When designing Leiterplatte Zeichnungen, Viele Ingenieure werden diese Frage für Leute haben, die neu sind zu PCB Impedanz. Warum wird übliche einseitige Verdrahtung in der Leiterplatte Standardmäßig durch 50-Ohms anstelle von 40-Ohms oder 60-Ohms gesteuert ? Dies ist eine scheinbar einfache Frage, die nicht leicht zu beantworten ist. Bevor Sie diesen Artikel schreiben, Wir haben auch viele Informationen über die Impedanz der Leiterplatte gesucht.

Warum ist es schwierig zu antworten? Das Problem der Signalintegrität selbst ist eine Frage von Kompromissen, daher ist der berühmteste Satz in der Branche: "Es hängt ab..." Dies ist eine Frage, auf die es keine Standardantwort gibt. Heute werde ich alle Antworten auf diese Frage auf einfache Weise zusammenfassen. Dies ist auch eine Einführung. Ich hoffe, dass mehr Menschen relevantere Faktoren aus eigener Perspektive zusammenfassen können.

1. 50 ohm hat einen gewissen historischen Ursprung. Das muss mit Standardkabeln beginnen.. Wir alle wissen, dass ein großer Teil der modernen elektronischen Technologie vom Militär stammt, und langsam wird das Militär auf zivilen Gebrauch umgestellt. In der Anfangsphase der Mikrowellenanwendung, Die zweite Während des Weltkriegs, die Wahl der Impedanz war vollständig abhängig von den Bedürfnissen der Verwendung. Mit dem Fortschritt der Technologie, Impedanzstandards müssen festgelegt werden, um ein Gleichgewicht zwischen Wirtschaftlichkeit und Bequemlichkeit herzustellen. In the United States, Das am häufigsten verwendete Rohr wird durch die vorhandene Stange und Wasserleitung verbunden. 51.5 ohm ist sehr häufig, aber der Adapter/Verwendeter Konverter ist 50 ohm auf 51.5-Ohm; wird es für die gemeinsame Armee und Marine gelöst. Für diese Probleme, eine Organisation namens JAN gegründet wurde, das später DESC war, das speziell von MIL entwickelt wurde. Nach umfassender Betrachtung, 50 Ohms wurde schließlich ausgewählt, Es wurden spezielle Rohre hergestellt und in verschiedene Kabel umgewandelt. standard. Zur Zeit, die europäische Norm war 60 ohms. Bald danach, unter dem Einfluss von Unternehmen, die die Branche dominieren wie Hewlett-Packard, Auch die Europäer waren gezwungen, sich zu verändern, So wurden 50-Ohms schließlich zum Standard in der Industrie. Es ist eine Konvention geworden, und die PCB Der Anschluss an verschiedene Kabel ist letztlich erforderlich, um den 50-Ohm-Impedanzstandard für Impedanzanpassung zu erfüllen.

Zweiter, aus der Perspektive der Realisierung von Leiterplattenproduktion, 50 Ohms ist bequemer zu realisieren. Aus der vorherigen Impedanzberechnungsformel, Es kann gesehen werden, dass ein Leiterplatte impedance das ist too low requires a wider line width and a thin dielectric (or a larger dielectric constant), which is more difficult to satisfy in terms of space for the current high-density board; too high impedance It also requires a thinner line width and a thicker dielectric (or a smaller dielectric constant), was der Unterdrückung von EMI und Übersprechen nicht förderlich ist. Zur gleichen Zeit, the reliability of processing for multi-layer boards and from the perspective of mass production will be relatively poor ; And the ordinary line width and dielectric thickness (4mil-6mil) of 50 ohms in the environment of commonly used materials meet the design requirements (as shown in the figure below for Impedanzberechnung), und es ist einfach zu verarbeiten, und es ist nicht verwunderlich, dass es langsam zur Standardwahl wird .

Berechnung der Leiterplattenimpedanz

Drittens kann aus der Perspektive des Verlustes nach der Grundphysik bewiesen werden, dass der 50-Ohm-Impedanz-Hauteffektverlust der kleinste ist (abgeleitet von Howard Johnson, PhD's Antwort). Im Allgemeinen ist der Hauteffektverlust L (in Dezibel) des Kabels proportional zum gesamten Hauteffektwiderstand R (Einheitslänge) geteilt durch die charakteristische Impedanz Z0. Der gesamte Hauteffektwiderstand R ist die Summe des Widerstands der Abschirmschicht und des Zwischenleiters. Der Hauteffektwiderstand der Abschirmschicht ist umgekehrt proportional zu ihrem Durchmesser d2 bei hohen Frequenzen. Der Skin-Effekt-Widerstand des Innenleiters eines Koaxialkabels ist umgekehrt proportional zu seinem Durchmesser d1 bei hohen Frequenzen. Der Gesamtreihenwiderstand R ist daher proportional zu (1/d2+1/d1). Durch Kombination dieser Faktoren, gegeben d2 und der entsprechenden dielektrischen Konstante Er des Isolationsmaterials, kann die folgende Formel verwendet werden, um den Verlust der Hautwirkung zu minimieren.

Berechnungsformel für Leiterplatten

Trennen Sie den konstanten Term (/60)*(1/d2) von Formel 3, und der effektive Term ((1+d2/d1)/ln(d2/d1)) wird verwendet, um den Minimalpunkt zu bestimmen. Betrachten Sie sorgfältig den Minimalpunkt der Formel 3, der nur durch d2/d1 gesteuert wird, und hat nichts mit Er und dem festen Wert d2 zu tun. Nehmen Sie d2/d1 als Parameter und zeichnen Sie ein Diagramm für L. Wenn d2/d1=3.5911, wird der Minimalwert erhalten. Unter der Annahme, dass die dielektrische Konstante von festem Polyethylen 2.25 und d2/d1=3.5911 beträgt, beträgt die charakteristische Impedanz 51.1 ohms. Vor langer Zeit haben Funkingenieure diesen Wert aus Bequemlichkeit auf 50-Ohm als optimalen Wert für Koaxialkabel angenähert. Das beweist, dass rund 50 Ohms L das kleinste ist.

Schließlich ist aus Sicht der elektrischen Leistung der Vorteil von 50-Ohm auch ein Kompromiss nach umfassender Betrachtung. Rein von der Leistung von Leiterplattenspuren ist niedrige Impedanz besser. Für eine Übertragungsleitung mit einer gegebenen Leitungsbreite wird, je näher der Abstand von der Ebene ist, die entsprechende EMI reduziert, Übersprechen wird auch reduziert, und es ist nicht einfach, kapazitiven Belastungen ausgesetzt zu werden. Einfluss. Aus der Perspektive des vollen Weges ist jedoch einer der kritischsten Faktoren zu berücksichtigen, nämlich die Antriebsfähigkeit des Chips. In den frühen Tagen konnten die meisten Chips die Übertragungsleitung mit der Impedanz der Leiterplatte weniger als 50 Ohms nicht antreiben, und die Übertragungsleitung mit höherer Impedanz wurde realisiert. Es ist unbequem, so dass 50-Ohm-Impedanz als Kompromiss verwendet wird.

Zusammenfassend: 50 Ohms als Standardwert der Branche hat seine inhärenten Vorteile, und es ist auch eine Kompromisslösung nach umfassender Betrachtung, aber es bedeutet nicht, dass 50 Ohms verwendet werden müssen. In vielen Fällen, es hängt von der Übereinstimmung ab. Schnittstellen, wie 75 Ohms, sind nach wie vor der Standard für Fernkommunikation. Einige Kabel und Antennen verwenden 75 Ohms. Zur Zeit, ein Matching PCB Leitungsimpedanz ist erforderlich. Darüber hinaus, Es gibt einige spezielle Chips, die die Impedanz der Übertragungsleitung verringern, indem sie die Fahrfähigkeit des Chips verbessern, um EMI und Übersprechen besser zu unterdrücken. Zum Beispiel, Die meisten Intel Chips benötigen Impedanzsteuerung bei 37 Ohms, 42 Ohms oder sogar niedriger. Ich werde sie hier nicht wiederholen..