PCB 뉴스 - PCB 회로 기판의 단일 임피던스 제어 50옴

PCB 회로 기판의 단일 임피던스 제어 50옴

PCB 회로기판 도면을 설계할 때 PCB 임피던스에 처음 접촉한 사람들에게 많은 엔지니어들이 이 문제를 겪게 된다.왜 회로 기판의 일반적인 단일 단면 배선은 기본적으로 40옴이나 60옴이 아니라 50옴에 의해 제어됩니까?간단해 보이지만 대답하기 쉽지 않은 질문이다.이 글을 쓰기 전에 우리는 회로 기판의 임피던스에 관한 정보도 많이 찾아보았다.가장 유명한 것은 이 문제에 대한 하워드 존슨 박사의 대답이다.나는 많은 사람들이 읽었다고 믿는다.

왜 대답이 어려워요?신호 무결성 문제 자체가 저울질 문제이기 때문에 업계에서 가장 유명한 말은"이것은......"표준 답안이 없는 문제입니다.

1.50옴 PCB는 역사적 연원이 있다.표준 케이블부터 시작해야 합니다.우리 모두는 현대 전자 기술의 많은 부분이 군대에서 왔으며 서서히 군대가 민간으로 전환되었다는 것을 알고 있습니다.마이크로파 응용의 초기 단계, 즉 제2차 세계 대전 기간에 임피던스의 선택은 전적으로 사용의 수요에 달려 있다.기술이 발전함에 따라 경제성과 편리성 사이의 균형을 이루기 위해서는 임피던스 기준이 필요하다.미국에서 가장 많이 사용되는 도관은 기존의 막대와 수도관을 통해 연결되는 것이다.51.5옴은 매우 일반적이지만 사용하는 어댑터/동글은 50옴~51.5옴입니다.이것은 육군과 해군이 연합하여 해결하기 위한 것이다.이런 문제에 대해 JAN이라는 조직, 즉 후에 MIL이 전문적으로 개발한 DESC를 설립하였다.종합적인 고려를 거쳐 최종적으로 50옴을 선택하고 특수한 도관을 제조하여 각종 케이블로 전환시켰다.표준당시 유럽의 기준은 60옴이었다.얼마 후 HP와 같은 업계를 주도하는 회사의 영향으로 유럽인들도 바뀌어야 했기 때문에 50옴은 결국 업계 표준이 되었다.이것은 다양한 케이블에 연결된 PCB가 궁극적으로 임피던스가 일치하는 50 옴 임피던스 표준을 충족해야하는 관행이되었습니다.

2.회로기판 생산을 실현할 수 있다는 관점에서 볼 때 50옴이 더 편리하다.앞의 임피던스 계산 공식에서 볼 수 있듯이, 너무 낮은 PCB 회로 기판 임피던스는 현재 고밀도 기판의 공간 측면에서 더 충족하기 어려운 더 넓은 선가중치와 더 얇은 전매체 (또는 더 큰 개전 상수) 가 필요합니다.임피던스가 너무 높으면 EMI와 인터럽트를 억제하는 데 도움이 되지 않는 얇은 선가중치와 두꺼운 전매질 (또는 작은 개전 상수) 이 필요합니다.이와 동시에 대량생산의 각도에서 볼 때 다층판의 가공신뢰성은 상대적으로 비교적 낮을것이다.또한 상용 재료의 환경에서 50옴의 일반 선폭과 개전 두께(4mil-6mil)가 설계 요구를 만족시킨다.그것도 처리하기 편하기 때문에 점차 기본 선택이 되는 것은 이상할 것이 없다.

3.손실의 관점에서 볼 때, 기초 물리학에 따르면 50 옴 임피던스의 피부 감소 효과 손실이 가장 적다는 것을 증명할 수 있습니다.일반적으로 케이블의 피부결 효과 손실 L (데시벨 단위) 은 총 피부결 효과 저항 R (단위 길이) 을 특성 저항 Z0으로 나눈 비율이다.총피부효과저항R은 차폐층과 중간도체의 저항의 합이다.차폐층의 피부효과 저항은 고주파에서 직경 d2와 반비례한다.동축 케이블의 내부 도체의 피부 효과 저항은 고주파에서 직경 d1과 반비례한다.따라서 총 직렬 저항 R은 (1/d2+1/d1) 에 비례합니다.이러한 요소를 결합하여 격리 재료의 d2와 상응하는 매개 전기 상수 Er를 지정하면 다음과 같은 공식을 사용하여 피부 효과 손실을 최소화할 수 있다.

상수 항목(/60)*(1/d2)과 유효 항목((1+d2/d1)/ln(d2d1))을 방정식 3에서 분리하여 최소점을 결정합니다.자세히 보기 방정식 3의 최소점은 d2/d1에서만 제어되며 Er 및 고정값 d2와는 관련이 없습니다.d2/d1을 매개 변수로 L의 그래프를 그립니다. d2/d1=3.5911일 때 최소값을 얻습니다.고체 폴리에틸렌의 개전 상수가 2.25, d2/d1=3.5911이라고 가정하면 특성 저항은 51.1옴이다.오래전 무선 기술자들은 편의를 위해 이 값을 50옴에 가깝게 동축 케이블의 최적값으로 삼았다.이것은 50옴 정도에서 L이 가장 작다는 것을 증명한다.

마지막으로 전기성능의 관점에서 볼 때 종합적인 고려를 거쳐 50옴의 우세도 일종의 절충이다.순전히 PCB 흔적선의 성능으로 볼 때 저임피던스가 더 좋다.주어진 선폭을 가진 전송선의 경우 평면에서 가까운 거리일수록 해당 EMI가 줄어들고 간섭도 줄어들며 용량성 부하에 쉽게 영향을 받지 않는다.영향그러나 전체 경로의 관점에서 볼 때, 가장 중요한 요소 중 하나, 즉 칩의 구동 능력을 고려해야 한다.초기에는 대부분의 칩이 PCB 회로기판의 임피던스가 50옴 미만인 전송선을 구동하지 못해 임피던스가 더 높은 전송선을 구현했다.이것은 불편하기 때문에 50옴의 저항이 절충안으로 사용되었다.

요약하자면, 50옴은 업계 기본값으로서 고유의 장점이 있으며, 종합적으로 고려된 절충안이기도 하지만, 50옴의 PCB 회로 기판을 사용해야 한다는 것을 의미하지는 않는다.대부분의 경우 일치에 따라 다릅니다.75옴과 같은 인터페이스는 여전히 원격 통신의 표준입니다.일부 케이블과 안테나는 75옴을 사용한다.이때 일치하는 PCB 회선 임피던스가 필요합니다.또한 일부 특수한 칩은 칩의 구동 능력을 향상시켜 전송선의 임피던스를 감소시켜 EMI와 직렬 교란을 더욱 잘 억제한다.예를 들어, 대부분의 인텔 칩은 임피던스를 37옴, 42옴 또는 그 이하로 제어해야 합니다.나는 여기서 반복하지 않겠다.