PCB Tecnico - Circuito PCB, 50 ohm

Circuito PCB, 50 ohm

Quando si progettano disegni del circuito stampato PCB, molti ingegneri avranno questa domanda per le persone che sono nuove all'impedenza PCB. Perché il cablaggio singolo comune nel circuito stampato è controllato da 50 ohm per impostazione predefinita invece di 40 ohm o 60 ohm? Questa è una domanda apparentemente semplice a cui non è facile rispondere. Prima di scrivere questo articolo, abbiamo anche cercato molte informazioni sull'impedenza del circuito stampato.

Perché è difficile rispondere? Il problema stesso dell'integrità del segnale è una questione di compromessi, quindi la frase più famosa nel settore è: "Dipende..." Questa è una domanda dove non c'è risposta standard. Oggi, riassumerò tutte le risposte a questa domanda in modo semplice. Questa è anche un'introduzione. Spero che più persone possano sintetizzare fattori più rilevanti dal proprio punto di vista.

1. 50 ohm ha una certa origine storica. Questo deve iniziare con i cavi standard. Sappiamo tutti che gran parte della moderna tecnologia elettronica proviene dall'esercito, e lentamente l'esercito viene convertito all'uso civile. Nella fase iniziale dell'applicazione a microonde, la seconda Durante la guerra mondiale, la scelta dell'impedenza era completamente dipendente dalle esigenze di utilizzo. Con il progresso della tecnologia, è necessario definire standard di impedenza per raggiungere un equilibrio tra economia e convenienza. Negli Stati Uniti, il condotto più comunemente usato è collegato dall'asta esistente e dal tubo dell'acqua. 51,5 ohm è molto comune, ma l'adattatore / convertitore utilizzato è da 50 ohm a 51,5 ohm; E' stato risolto per l'esercito congiunto e la marina. Per questi problemi fu creata un'organizzazione chiamata JAN, che fu poi DESC, sviluppata appositamente da MIL. Dopo un esame approfondito, sono stati infine selezionati 50 ohm e condotti speciali sono stati fabbricati e trasformati in vari cavi. standard. A quel tempo, lo standard europeo era di 60 ohm. Poco dopo, sotto l'influenza di aziende che dominano il settore come Hewlett-Packard, anche gli europei sono stati costretti a cambiare, così 50 ohm alla fine sono diventati uno standard nel settore. È diventata una convenzione e il PCB collegato a vari cavi è infine richiesto di rispettare lo standard di impedenza 50 ohm per la corrispondenza dell'impedenza.

In secondo luogo, dal punto di vista della realizzazione della produzione di circuiti stampati, 50 ohm è più conveniente da realizzare. Dalla formula di calcolo dell'impedenza precedente, si può vedere che un'impedenza del circuito stampato troppo bassa richiede una larghezza di linea più ampia e un dielettrico sottile (o una costante dielettrica più grande), che è più difficile da soddisfare in termini di spazio per la scheda ad alta densità corrente; Richiede anche una larghezza di linea più sottile e una dielettrica più spessa (o una costante dielettrica più piccola), che non favorisce la soppressione di EMI e crosstalk. Allo stesso tempo, l'affidabilità della lavorazione per schede multistrato e dal punto di vista della produzione di massa sarà relativamente scarsa; E la larghezza ordinaria della linea e lo spessore dielettrico (4mil-6mil) di 50 ohm nell'ambiente dei materiali comunemente usati soddisfano i requisiti di progettazione (come mostrato nella figura sottostante per il calcolo dell'impedenza), ed è facile da elaborare e non sorprende che diventi lentamente la scelta predefinita.

Calcolo dell'impedenza del circuito stampato

In terzo luogo, dal punto di vista della perdita, secondo la fisica di base, si può dimostrare che la perdita di effetto pelle di impedenza di 50 ohm è la più piccola (presa dalla risposta di Howard Johnson, PhD). Generalmente, la perdita di effetto cutaneo L (in decibel) del cavo è proporzionale alla resistenza totale dell'effetto cutaneo R (lunghezza unitaria) divisa per l'impedenza caratteristica Z0. La resistenza totale dell'effetto cutaneo R è la somma della resistenza dello strato schermante e del conduttore intermedio. La resistenza agli effetti cutanei dello strato schermante è inversamente proporzionale al suo diametro d2 alle alte frequenze. La resistenza all'effetto pelle del conduttore interno di un cavo coassiale è inversamente proporzionale al suo diametro d1 alle alte frequenze. La resistenza totale di serie R è quindi proporzionale a (1/d2+1/d1). Combinando questi fattori, dato d2 e la corrispondente costante dielettrica Er del materiale isolante, la seguente formula può essere utilizzata per ridurre al minimo la perdita di effetto cutaneo.

Formula di calcolo del circuito stampato

Separare il termine costante (/60)* (1/d2) dalla formula 3 e il termine effettivo ((1+d2/d1)/ln(d2/d1)) è usato per determinare il punto minimo. Osservate attentamente il punto minimo della formula 3 controllato solo da d2/d1 e non ha nulla a che fare con Er e il valore fisso d2. Prendere d2/d1 come parametro e disegnare un grafico per L. Quando d2/d1=3.5911, si ottiene il valore minimo. Supponendo che la costante dielettrica del polietilene solido sia 2,25 e d2/d1=3,5911, l'impedenza caratteristica è 51,1 ohm. Molto tempo fa, gli ingegneri radio, per comodità, hanno approssimato questo valore a 50 ohm come valore ottimale per i cavi coassiali. Questo dimostra che circa 50 ohm, L è il più piccolo.

Infine, dal punto di vista delle prestazioni elettriche, il vantaggio di 50 ohm è anche un compromesso dopo una riflessione approfondita. Puramente dalle prestazioni delle tracce PCB, la bassa impedenza è migliore. Per una linea di trasmissione con una data larghezza di linea, più vicina è la distanza dal piano, l'EMI corrispondente sarà ridotto, anche il crosstalk sarà ridotto e non è facile essere sottoposti a carichi capacitivi. Influenza. Tuttavia, dal punto di vista del percorso completo, uno dei fattori più critici deve essere considerato, cioè la capacità di azionamento del chip. Nei primi giorni, la maggior parte dei chip non poteva guidare la linea di trasmissione con l'impedenza del circuito stampato inferiore a 50 ohm e la linea di trasmissione con impedenza maggiore è stata realizzata. È scomodo, quindi l'impedenza di 50 ohm viene utilizzata come compromesso.

Riassumendo: 50 ohm come valore predefinito dell'industria ha i suoi vantaggi intrinseci, ed è anche una soluzione di compromesso dopo una riflessione approfondita, ma non significa che debbano essere utilizzati 50 ohm. In molti casi, dipende dalla corrispondenza. Le interfacce, come 75 ohm, sono ancora lo standard per la comunicazione remota. Alcuni cavi e antenne utilizzano 75 ohm. In questo momento, è necessaria un'impedenza corrispondente della linea PCB. Inoltre, ci sono alcuni chip speciali che riducono l'impedenza della linea di trasmissione migliorando la capacità di guida del chip per sopprimere meglio EMI e crosstalk. Ad esempio, la maggior parte dei chip Intel richiede il controllo dell'impedenza a 37 ohm, 42 ohm o anche inferiore. Non le ripeterò qui.