PCBニュース - PCB基板上のシングルエンドインピーダンス制御50オーム

シングルエンドインピーダンス制御オン PCB基板50オーム

設計時 PCB基板 図画, 多くのエンジニアが初心者にこの質問をします PCBインピーダンス. どうして 回路基板 ボードのデフォルトは、40オームや60オームではなく、50オームで制御されます ? 簡単そうに見えて答えにくい質問です. 本文を書く前に, 私たちはまた多くの情報を調べました 回路基板. 最も有名なのはハワード・ジョンソンです, 博士のこの質問への答え. 多くの人が読んだと思います.

なぜ答えにくいのですか。信号完全性の問題自体がトレードオフの問題であるため、業界で最も有名な言葉は「これは…にかかっている」ということです。これは標準的な答えのない問題です。

1. 50オームPCB 一定の歴史的根源がある. これは標準ケーブルから始めなければなりません. 現代の電子技術の大部分は軍事から来ていることはよく知られている, 徐々に軍隊が民間に移る. マイクロ波応用初期, 第二次世界大戦中, インピーダンスの選択は使用のニーズに完全に依存する. 技術の進歩に伴って, 経済性と利便性のバランスをとるためには、インピーダンス基準を与える必要がある. 米国, 最も一般的な配管は、既存のロッドと水道管で接続されています。. 51.5オームはよく見られる, でもアダプター/使用するコンバータは 50オーム-51.5オームこれは陸軍と海軍が連合して解決したものだ. これらの問題について, JANという組織ができました, これが後のDESC, これはMILが専門に開発したものです. 総合的に考えた後, 最終的には50オームを選びました, 特殊な導管を製造し、各種ケーブルに改造した. 標準. その時, ヨーロッパ標準は60オーム. やがて, HPのような業界を主導する企業の影響下で, ヨーロッパ人も変えざるを得ない, そのため、50オームは最終的に業界標準となる. これはすでに慣例になっている, そして、各種ケーブルに接続するPCBは最終的には 50オームインピーダンス整合インピーダンス基準.

2.. 以下の観点から 回路基板 生産が可能, 50オームの方が実現しやすい. 前のインピーダンスから式を計算する, 見ることができる PCB 回路基板 impedance それは 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 alだから requires a thinner line width and a thicker dielectric (or a smaller dielectric constant), これはEMIとクロストークの抑制に不利である. 同時に, 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オーム環境で一般的に使用される材料は設計要件を満たしている. 処理も容易, デフォルトの選択になりつつあっても不思議ではありません.

3.損失の角度から見ると、基礎物理学に基づいて、50オームインピーダンスの表皮効果損失が最小であることを証明することができる。一般に、ケーブルの表皮効果損失L（デシベル単位）は、全表皮効果抵抗R（単位長さ）を特性インピーダンスZ 0で割ったものに比例する。全表皮効果抵抗Rは、遮蔽層と中間導体の抵抗の和である。シールド層の表皮効果抵抗は、高周波でその直径d 2に反比例する。同軸ケーブルの内部導体の表皮効果抵抗は、高周波では直径d 1に反比例する。したがって、総直列抵抗Rは（1／d 2＋1／d 1）に比例する。これらの因子を組み合わせて、d 2と隔離材料の対応する誘電率Erを与えて、以下の式を用いて表皮効果損失を最小化することができる。

定数項（/60）*（1/d 2）と有効項（（（1+d 2/d 1）/ln（d 2/d 1）を式3から分離する。式3の最小点をよく見ると、Erおよび固定値d 2とは関係なく、d 2/d 1のみによって制御されています。d 2/d 1をパラメータとして、Lのグラフを描画します。d 2/d 1=3.5911の場合、最小値が得られます。固体ポリエチレンの誘電率を2.25、d 2/d 1=3.5911と仮定すると、特性インピーダンスは51.1オームである。大昔、無線技師は便宜上、同軸ケーブルの最適な値として50オームに近似した。これは50オーム前後でLが最小であることを証明している。

最後に、電気性能の観点から見ても、50オームの優位性は総合的に考慮した妥協である。純粋にPCBトレースの性能から見ると、低インピーダンスの方が良い。所定の線幅を有する伝送路では、平面からの距離が近いほど、対応するEMIが減少し、クロストークも減少し、容量性負荷の影響を受けにくい。影響しかし、フルパスの観点から見ると、最も重要な要素の1つであるチップの駆動能力を考慮する必要がある。初期には、ほとんどのチップはPCB回路基板のインピーダンスが50オーム未満の伝送路を駆動できず、より高いインピーダンスの伝送路を実現した。これは不便なので、トレードオフとして50オームインピーダンスを使用しています。

以上のように：50オームは業界のデフォルト値として固有の優位性がある, 総合的に考えた折衷案でもあります, でもそれは意味がない 50オームPCB基板使用する必要があります. 多くの場合, これは一致によって異なります. インタフェース, 例えば75オーム, 依然としてリモート通信の標準. ケーブルやアンテナの中には75オームを使用しているものもあります. その時, 整合が必要なPCBラインインピーダンス. さらに, チップの駆動能力を高めることで伝送路のインピーダンスを低下させ、EMIやクロストークをより良く抑制することができる特殊なチップがある. 例えば, ほとんどのIntelチップは37オームのインピーダンス制御を必要とする, 42オーム以下. 私はここでは繰り返さない.