PCB技術 - シングルエンドPCBボードのデフォルトは50オームまで制御します

インピーダンスに新しい多くの人々は、この質問をするでしょう. なぜ一般的なシングルエンドのトレース PCBボード デフォルトで40オームまたは60オームの代わりに50オームによって制御されます? これは簡単に答えることができない一見単純な質問です. この記事を書く前に, また、多くの情報を検索した, 最も有名なのはハワード・ジョンソンです, この質問に対するPhD,

なぜ答えるのが難しいのか？信号の完全性の問題自体はトレードオフの問題であるので、業界で最も有名な文はこれは標準的な答えがない問題です。今日では、高速道路では様々な回答を組み合わせることでこの問題を簡潔にまとめ、紹介もあります。より多くの人々が自分の視点からより関連する要因を要約できることを願っています。

まず第一に、50オームは標準的なケーブルから始めなければならないある歴史的起源を持っています。我々はすべての近代的な電子技術の大部分は軍から派生しており、ゆっくり軍事利用から民間の使用に変換されていることを知っている。第二次世界大戦の間、マイクロ波アプリケーションの初期に、インピーダンスの選択は完全に使用の必要に依存していました。技術の進歩に伴い、経済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が必要である。アメリカ合衆国では、最も一般に使用された導管は、既存のロッドと水道管でつながれます。51.5オームは非常に一般的です、しかし、見られて、使われるアダプター/コンバータは50オームから51.5オームですそれは、共同軍と海軍のための解決です。これらの問題のために、Janという名前の組織が設立されました。総合的な考察の後、最終的に50オームを選択し、特殊導管を製造し、様々なケーブルに変換した。規格。この時、ヨーロッパ標準は60オームであった。すぐに、ヒューレットパッカードのような産業を支配する会社の影響の下で、ヨーロッパ人もまた強制されたので、50オームは結局工業で標準になりました。

条約になった, そして、様々なケーブルに接続されたPCBは、最終的にインピーダンス整合のための50オームのインピーダンス基準を満たすために必要である.

第二に、達成可能なPCB回路基板製造の観点から、50オームは、達成するのにより便利である。上記のインピーダンス計算式から、あまりに低いインピーダンスが、より広い線幅および薄い媒体（またはより大きな誘電率）を必要とすることが分かる。そして、それは現在の高密度ボードのためのスペースで満たすことがより難しいあまりに高いインピーダンスは、より細い線幅を必要とし、より厚い誘電体（またはより小さい誘電率）は、EMIおよび漏話の抑制に役立たない。同時に、多層基板に対する処理の信頼性と量産化の観点から比較的貧しい一般的に使用されている材料の環境における50オームの通常の線幅と誘電体厚さ（4～6ミル）は、設計要件（図のインピーダンス計算）を満たし、処理が容易であり、それがゆっくりとデフォルトの選択になることは驚くべきことではない。

第三に、損失の観点から、基本的な物理学に基づいて、それは50オームインピーダンスの皮膚効果損失は最小（ハワードジョンソン、博士号の回答から取られている）ことが証明されることができます。一般に、ケーブルLの表皮効果損失（デシベル）は、特性インピーダンスZ 0によって分割される総表皮効果抵抗R（単位長）に比例する。トータル表皮効果抵抗Rは、シールド層と中間導体の抵抗値の和である。遮蔽層の表皮効果抵抗は、高周波数ではその直径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、高周波数で、その直径d 1に反比例する。従って、全直列抵抗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、分離材料のD 2および対応する誘電率Erを組み合わせることにより、皮膚効果損失を最小化するために以下の式を使用することができる。

電磁場とマイクロ波のどんな基本的な本でも、Z 0がD 2、D 1とERの機能であるとわかることができます。

式1に数式2を代入し、数値と分母を同時にD 2で乗算し

式3から定数項(/ 60 )*( 1 / d 2 )と実効項( 1 + d 2 / d 1 )/ ln ( d 2 / d 1 )を分離して最小点を決定する。D 3 / D 1によって制御されたF 3の最小点を注意深く見て、ERと固定値D 2とは無関係です。d 2 / d 1をパラメータとして取り、Lのグラフを描く。固体ポリエチレンの誘電率が2.25、D 2／D 1＝3.5911であるとすると、特性インピーダンスは51.1オームである。長い間、無線エンジニアは、便宜のために、同軸ケーブルのための最適値としてこの値を50オームに近似しました。これは、約50オーム、Lは最小であることを証明。

最後に, 電気性能の観点から, 50オームの利点は、包括的な考察の後の妥協でもある. 純粋に PCBトレース, 低インピーダンス. 与えられた線幅の伝送線に対して, 飛行機からの距離は, 対応するEMIは低減される, クロストークも低減されます, そして、容量負荷を受けることは容易ではない. 影響. しかし、フルパスの観点から, 最も重要な要因は考慮する必要がある, それがチップのドライブ能力です. 初期に, ほとんどのチップは50オーム以下のインピーダンスで送電線を駆動できなかった, そして、より高いインピーダンスを有する伝送線は、実装することが不便であった. 50オームのインピーダンスは.

合計：50オームのデフォルト値として PCB産業 固有の利点がある, そして、それは包括的な考慮の後の妥協解決でもあります, しかし、それは50オームが使われなければならないことを意味しません. 多くの場合, それに匹敵する. 例えば, 75オームは遠隔通信の標準である. 若干のケーブルとアンテナは、75オームを使います. この時に, マッチングPCBラインインピーダンスが必要. 加えて, EMIと漏話をより抑制するために、チップの駆動能力を改善することによって、伝送線のインピーダンスを減らす特別なチップがあります. 例えば, 大部分のインテルチップは、37オームでインピーダンス制御を必要とします, 42オームまたはより低い. 私は、彼らをここで繰り返しません.