Teknik PCB - Papan PCB berakhir tunggal lalai kepada 50 ohms untuk kawal

Banyak orang yang baru untuk impedance akan mempunyai soalan ini. Mengapa jejak tunggal biasa dalam papan PCB dikawal oleh 50 ohms selain dari 40 ohms atau 60 ohms secara lalai? Ini adalah soalan yang tampaknya mudah yang tidak mudah untuk dijawab. Sebelum menulis artikel ini, kami juga mencari banyak maklumat, yang paling diketahui adalah Howard Johnson, jawapan PhD mengenai soalan ini,

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

Pertama-tama, 50 ohms mempunyai asal sejarah tertentu, yang perlu bermula dengan kabel piawai. Kita semua tahu bahawa sebahagian besar teknologi elektronik modern berasal dari tentera, dan perlahan-lahan berubah dari penggunaan tentera kepada penggunaan awam. Pada hari awal aplikasi microwave, semasa Perang Dunia Kedua, 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 tong dan paip air yang ada. 51.5 ohm adalah sangat umum, tetapi penyesuaian/penyukar yang dilihat dan digunakan adalah 50 ohm hingga 51.5 ohm; ia adalah penyelesaian bagi 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 produksi papan sirkuit PCB yang boleh dicapai, 50 ohms lebih sesuai untuk dicapai. Dari formula pengiraan impedance terdahulu, ia boleh dilihat bahawa impedance terlalu rendah memerlukan lebar baris yang lebih luas dan medium tipis (atau konstan dielektrik yang lebih besar), yang lebih sukar untuk ditemui dalam ruang untuk papan densiti tinggi semasa; impedance terlalu tinggi memerlukan lebar garis tipis yang lebih tinggi dan dielektrik lebih tebal (atau konstan dielektrik lebih kecil) tidak menyebabkan penghalangan EMI dan crosstalk. Pada masa yang sama, kepercayaan pemprosesan papan berbilang lapisan dan dari perspektif produksi massa akan relatif lemah; dan lebar garis biasa 50 Ohm dan tebal dielektrik (4~6 juta) dalam persekitaran bahan yang biasa digunakan memenuhi keperluan desain (pengiraan impedance dalam figur di bawah), dan ia mudah diproses, dan tidak mengejutkan bahawa ia perlahan-lahan menjadi pilihan lalai.

Ketiga, dari perspektif kehilangan, berdasarkan 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 kabel L (dalam desibel) adalah proporsional kepada keseluruhan kesan kulit resisten 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.

Dalam mana-mana buku asas tentang medan elektromagnetik dan gelombang mikro, and a boleh jumpa bahawa Z0 adalah fungsi d2, d1, dan Er.

Ganti formula 2 ke formula 1, darabkan pengangka dan penyebut dengan d2 pada masa yang sama, dan mendapatkan

pisahkan istilah konstan (/60)*(1/d2) dari formula 3, dan istilah efektif ((1+d2/d1)/ln(d2/d1)) 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. Tetapi dari perspektif laluan penuh, faktor paling kritik perlu dianggap, iaitu kemampuan pemacu cip. Pada masa awal, kebanyakan cip tidak dapat memandu garis transmisi dengan impedance kurang dari 50 ohm, dan garis transmisi dengan impedance yang lebih tinggi tidak selesa untuk dilaksanakan. 50 ohm impedance digunakan dalam.

Untuk menghitung: 50 ohms sebagai nilai lalai industri PCB 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 padanan dengan ia. Contohnya, 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.