Teknik PCB - Papan sirkuit PCB, 50 ohm

Papan sirkuit PCB, 50 ohm

Apabila merancang lukisan papan sirkuit PCB, banyak jurutera akan mempunyai soalan ini untuk orang-orang yang baru untuk PCB impedance. Mengapa wayar tunggal biasa di papan sirkuit dikawal oleh 50 ohms secara lalai bukannya 40 ohms atau 60 ohms? Ini adalah soalan yang tampaknya mudah yang tidak mudah untuk dijawab. Sebelum menulis artikel ini, kami juga mencari banyak maklumat tentang impedance papan sirkuit.

Mengapa susah untuk menjawab? Masalah integriti isyarat sendiri adalah soalan perdagangan, jadi kalimat paling terkenal dalam industri ialah: "Tergantung..." Ini adalah soalan di mana tiada jawapan piawai. Hari ini, saya akan singkatkan semua jawapan kepada soalan ini dengan cara sederhana. Ini juga perkenalan. Saya harap lebih ramai orang boleh singkatkan faktor yang lebih relevan dari perspektif mereka sendiri.

1. 50 ohm mempunyai asal sejarah tertentu. Ini perlu bermula dengan kabel piawai. Kita semua tahu bahawa sebahagian besar teknologi elektronik modern berasal dari tentera, dan perlahan-lahan tentera ditukar kepada penggunaan awam. Dalam tahap awal aplikasi microwave, kedua Selama Perang Dunia, pilihan impedance sepenuhnya bergantung pada keperluan penggunaan. Dengan kemajuan teknologi, standar pengendalian perlu diberikan untuk mendapatkan keseimbangan antara ekonomi dan kenyamanan. Di Amerika Syarikat, saluran yang paling biasa digunakan disambungkan oleh paip dan tongkat yang ada. 51.5 ohm adalah sangat umum, tetapi penyesuai/penyukar yang digunakan adalah 50 ohm hingga 51.5 ohm; Ia diselesaikan untuk tentera dan tentera laut. Untuk masalah ini, sebuah organisasi bernama JAN telah ditetapkan, yang kemudian DESC, yang dikembangkan secara khusus oleh MIL. Selepas pertimbangan yang meliputi, 50 ohm akhirnya dipilih, dan saluran istimewa dihasilkan dan diubah ke beberapa kabel. piawai. Pada masa ini, piawai Eropah adalah 60 ohms. Segera selepas itu, di bawah pengaruh syarikat yang menguasai industri seperti Hewlett-Packard, orang Eropah juga terpaksa berubah, jadi 50 ohm akhirnya menjadi piawai dalam industri. Ia telah menjadi konvensi, dan PCB yang disambung dengan berbeza kabel akhirnya diperlukan untuk mematuhi piawai 50 ohm impedance untuk pertandingan impedance.

Kedua, dari perspektif penyelesaian produksi papan sirkuit, 50 ohms lebih selesa untuk menyedari. Dari formula pengiraan impedance terdahulu, ia boleh dilihat bahawa impedance papan litar PCB yang terlalu rendah memerlukan lebar baris yang lebih luas dan dielektrik halus (atau konstan dielektrik yang lebih besar), yang lebih sukar untuk dipenuhi dalam terma ruang untuk papan densiti tinggi semasa; Ia juga memerlukan lebar garis yang lebih tipis dan dielektrik yang lebih tebal (atau konstan dielektrik yang lebih kecil), yang tidak menyebabkan penghalangan EMI dan crosstalk. Pada masa yang sama, kepercayaan pemprosesan untuk papan berbilang lapisan dan dari perspektif produksi massa akan relatif lemah ; Dan lebar garis biasa dan tebal dielektrik (4 juta-6 juta) 50 ohms dalam persekitaran bahan yang biasa digunakan memenuhi keperluan desain (seperti yang dipaparkan dalam figur di bawah untuk pengiraan impedance), dan ia mudah diproses, dan tidak mengejutkan bahawa ia perlahan-lahan menjadi pilihan lalai.

Pengiraan impedance papan litar PCB

Ketiga, dari perspektif kehilangan, menurut fizik asas, ia boleh dibuktikan bahawa kehilangan kesan kulit 50 ohm impedance adalah yang paling kecil (diambil dari Howard Johnson, jawapan doktor). Secara umum, kehilangan kesan kulit L (dalam desibel) kabel adalah proporsional kepada keseluruhan kesan kulit resistensi R (panjang unit) dibahagi dengan impedance karakteristik Z0. Keseluruhan kesan kulit R ialah jumlah tahan lapisan perisai dan konduktor tengah. Keperlawanan kesan kulit lapisan perisai adalah secara bertentangan dengan diameter d2 pada frekuensi tinggi. Keperlawanan kesan kulit konduktor dalaman kabel koaksial adalah secara bertentangan dengan diameter d1 pada frekuensi tinggi. Jumlah perlawanan seri R adalah nisbah dengan (1/d2+1/d1). Menggabungkan faktor-faktor ini, diberikan d2 dan konstan dielektrik yang sepadan Er dari bahan pengasingan, formula berikut boleh digunakan untuk minimumkan kehilangan kesan kulit.

formula pengiraan papan sirkuit

Sepisahkan istilah konstan (/60)*(1/d2) dari formula 3, dan istilah efektif ((1+d2/d1)/ln(d2/d1)) digunakan untuk menentukan titik minimum. Lihatlah dengan hati-hati pada titik minimum formula 3 hanya dikawal oleh d2/d1, dan tidak ada hubungannya dengan Er dan nilai tetap d2. Ambil d2/d1 sebagai parameter dan lukis graf untuk L. Bila d2/d1=3.5911, nilai minimum diperoleh. Anggap konstan dielektrik polyethylene kuat adalah 2.25 dan d2/d1=3.5911, impedance karakteristik adalah 51.1 ohms. Sudah lama, jurutera radio, untuk kesenangan, mengharapkan nilai ini kepada 50 ohms sebagai nilai optimal untuk kabel koaksial. Ini membuktikan bahawa sekitar 50 ohm, L adalah yang paling kecil.

Akhirnya, dari perspektif prestasi elektrik, keuntungan 50 ohms juga kompromi selepas pertimbangan yang meliputi. Hanya dari prestasi jejak PCB, impedance rendah lebih baik. Untuk garis penghantaran dengan lebar garis tertentu, semakin dekat jarak dari pesawat, EMI yang sepadan akan dikurangkan, percakapan salib juga akan dikurangkan, dan ia tidak mudah untuk dijalankan muatan kapasitatif. Influence. Namun, dari perspektif laluan penuh, salah satu faktor paling kritik perlu dianggap, iaitu, kemampuan pemacu cip. Pada masa awal, kebanyakan cip tidak dapat memandu garis transmisi dengan impedance papan sirkuit PCB kurang dari 50 ohms, dan garis transmisi dengan impedance yang lebih tinggi telah diketahui. Ia tidak selesa, jadi 50 ohm impedance digunakan sebagai kompromi.

Untuk menghitung: 50 ohms sebagai nilai lalai industri mempunyai keuntungan yang sebenar, dan ia juga penyelesaian kompromi selepas pertimbangan yang meliputi, tetapi ia tidak bermakna bahawa 50 ohms mesti digunakan. Dalam banyak kes, ia bergantung pada persamaan. Antaramuka, seperti 75 ohms, masih piawai untuk komunikasi jauh. Beberapa kabel dan antena menggunakan 75 ohm. Pada masa ini, impedance baris PCB yang sepadan diperlukan. Selain itu, ada beberapa cip istimewa yang mengurangi penghalangan garis transmisi dengan meningkatkan kemampuan memandu cip untuk menekan EMI dan crosstalk lebih baik. Contohnya, kebanyakan cip Intel memerlukan kawalan impedance pada 37 ohms, 42 ohms atau lebih rendah. Saya tidak akan mengulanginya di sini.