PCB-Technologie - Die einseitige Leiterplatte ist standardmäßig auf 50 Ohms eingestellt, um zu steuern

Viele Menschen, die neu in der Impedanz sind, werden diese Frage haben. Warum führen gemeinsame einseitige Spuren in Leiterplatten werden standardmäßig durch 50 Ohms anstelle von 40 Ohms oder 60 Ohms gesteuert? Dies ist eine scheinbar einfache Frage, die nicht leicht zu beantworten ist. Bevor Sie diesen Artikel schreiben, wir haben auch viele Informationen gesucht, der bekannteste davon ist Howard Johnson, Antwort des Arztes auf diese Frage,

Warum ist es schwierig zu antworten? Das Problem der Signalintegrität selbst ist eine Frage von Kompromissen, daher lautet der berühmteste Satz in der Branche: "Es hängt davon ab..." Dies ist ein Problem, bei dem es keine Standardantwort gibt. Heute wird Mr. Expressway diese Frage kurz zusammenfassen, indem er verschiedene Antworten kombiniert, und hier ist auch eine Einführung. Ich hoffe, dass mehr Menschen relevantere Faktoren aus eigener Perspektive zusammenfassen können.

Zunächst einmal hat 50-Ohms einen gewissen historischen Ursprung, der mit Standardkabeln beginnen muss. Wir alle wissen, dass ein großer Teil der modernen elektronischen Technologie vom Militär abgeleitet wird und langsam vom militärischen Gebrauch auf den zivilen Gebrauch umgewandelt wird. In den frühen Tagen der Mikrowellenanwendung, während des Zweiten Weltkriegs, war die Wahl der Impedanz vollständig von den Bedürfnissen der Verwendung abhängig. Mit dem Fortschritt der Technologie müssen Impedanzstandards gegeben werden, um ein Gleichgewicht zwischen Wirtschaftlichkeit und Komfort zu finden. In den Vereinigten Staaten werden die am häufigsten verwendeten Rohre durch vorhandene Stäbe und Wasserleitungen verbunden. 51.5 Ohms ist sehr häufig, aber die Adapter/Konverter, die gesehen und verwendet werden, sind 50 Ohms zu 51,5 Ohms; Es ist eine Lösung für die gemeinsame Armee und Marine. Für diese Probleme wurde eine Organisation namens JAN gegründet, die später DESC war, die speziell von MIL entwickelt wurde. Nach eingehender Überlegung wurden schließlich 50-Ohm ausgewählt und spezielle Rohre hergestellt und in verschiedene Kabel umgewandelt. Standard. Zu dieser Zeit war der europäische Standard 60 Ohms. Bald darauf, unter dem Einfluss von Unternehmen, die die Branche dominieren, wie Hewlett-Packard, waren auch Europäer gezwungen, sich zu ändern, so dass 50-Ohms schließlich ein Standard in der Branche wurden.

Es ist eine Konvention geworden, und die Leiterplatte, die mit verschiedenen Kabeln verbunden ist, ist letztlich erforderlich, um den 50-Ohm-Impedanzstandard für Impedanzanpassung zu erfüllen.

Zweitens ist aus der Perspektive der erreichbaren Leiterplattenproduktion 50-Ohms bequemer zu erreichen. Aus der vorstehenden Impedanzberechnungsformel kann gesehen werden, dass zu niedrige Impedanz eine breitere Linienbreite und ein dünnes Medium (oder eine größere Dielektrizitätskonstante) erfordert, das im Raum für aktuelle Leiterplatten mit hoher Dichte schwieriger zu treffen ist; Eine zu hohe Impedanz erfordert eine höhere dünne Linienbreite und ein dickeres Dielektrikum (oder eine kleinere Dielektrizitätskonstante) sind nicht förderlich für die Unterdrückung von EMI und Übersprechen. Gleichzeitig wird die Zuverlässigkeit der Verarbeitung für Mehrschichtplatten und aus der Perspektive der Massenproduktion relativ schlecht sein; Die gewöhnliche Linienbreite und dielektrische Dicke von 50 Ohm (4~6mil) in der Umgebung von häufig verwendeten Materialien erfüllen die Entwurfsanforderungen (die Impedanzberechnung in der Abbildung unten), und es ist einfach zu verarbeiten, und es ist nicht überraschend, dass es langsam die Standardwahl wird.

Drittens kann aus der Perspektive des Verlustes, basierend auf der Grundphysik, bewiesen werden, dass der 50-Ohm-Impedanz-Hauteffektverlust der kleinste ist (abgeleitet von Howard Johnson, PhD's Antwort). Im Allgemeinen ist der Hauteffektverlust des Kabels L (in Dezibel) proportional zum gesamten Hauteffektwiderstand R (Einheitslänge) geteilt durch die charakteristische Impedanz Z0. Der gesamte Hauteffektwiderstand R ist die Summe des Widerstands der Abschirmschicht und des Zwischenleiters. Der Hauteffektwiderstand der Abschirmschicht ist umgekehrt proportional zu ihrem Durchmesser d2 bei hohen Frequenzen. Der Skin-Effekt-Widerstand des Innenleiters eines Koaxialkabels ist umgekehrt proportional zu seinem Durchmesser d1 bei hohen Frequenzen. Der Gesamtreihenwiderstand R ist daher proportional zu (1/d2+1/d1). Durch Kombination dieser Faktoren, gegeben d2 und der entsprechenden dielektrischen Konstante Er des Isolationsmaterials, kann die folgende Formel verwendet werden, um den Verlust der Hautwirkung zu minimieren.

In jedem Grundbuch über elektromagnetische Felder und Mikrowellen finden Sie, dass Z0 eine Funktion von d2, d1 und Er ist.

Ersetzen Sie Formel 2 in Formel 1, multiplizieren Sie Zähler und Nenner gleichzeitig mit d2 und erhalten Sie

Trennen Sie den konstanten Term (/60)*(1/d2) von der Formel 3 und den effektiven Term ((1+d2/d1)/ln(d2/d1)), um den Minimalpunkt zu bestimmen. Betrachten Sie sorgfältig den Minimalpunkt der Formel 3, der nur durch d2/d1 gesteuert wird, und hat nichts mit Er und dem festen Wert d2 zu tun. Nehmen Sie d2/d1 als Parameter und zeichnen Sie ein Diagramm für L. Wenn d2/d1=3.5911, wird der Minimalwert erhalten. Unter der Annahme, dass die dielektrische Konstante von festem Polyethylen 2.25 und d2/d1=3.5911 beträgt, beträgt die charakteristische Impedanz 51.1 ohms. Vor langer Zeit haben Funkingenieure diesen Wert aus Bequemlichkeit auf 50-Ohm als optimalen Wert für Koaxialkabel angenähert. Das beweist, dass rund 50 Ohms L das kleinste ist.

Endlich, aus der Perspektive der elektrischen Leistung, Der Vorteil von 50 Ohms ist auch ein Kompromiss nach umfassender Betrachtung. Rein aus der Leistung von Leiterplatten-Spuren, niedrige Impedanz ist besser. Für eine Übertragungsleitung mit einer vorgegebenen Leitungsbreite, je näher der Abstand zum Flugzeug ist, das entsprechende EWI wird reduziert, Übersprechen wird ebenfalls reduziert, und es ist nicht einfach kapazitiven Lasten ausgesetzt zu werden. Einfluss. Aber aus der Perspektive des vollen Weges, der kritischste Faktor muss berücksichtigt werden, das ist die Antriebsfähigkeit des Chips. In den frühen Tagen, Die meisten Chips konnten Übertragungsleitungen mit einer Impedanz unter 50 Ohm nicht antreiben, und Übertragungsleitungen mit höherer Impedanz waren unbequem zu implementieren. 50-Ohm-Impedanz wird in der.

Zusammenfassend: 50 Ohms als Standardwert der Leiterplattenindustrie hat seine inhärenten Vorteile, und es ist auch eine Kompromisslösung nach umfassender Betrachtung, aber es bedeutet nicht, dass 50 Ohms verwendet werden müssen. In vielen Fällen, es hängt davon ab, mit ihm zu übereinstimmen. Zum Beispiel, 75 Ohms ist nach wie vor der Standard für Fernkommunikation. Einige Kabel und Antennen verwenden 75 Ohms. Zur Zeit, eine passende Leiterplattenimpedanz ist erforderlich. Darüber hinaus, Es gibt einige spezielle Chips, die die Impedanz der Übertragungsleitung verringern, indem sie die Fahrfähigkeit des Chips verbessern, um EMI und Übersprechen besser zu unterdrücken. Zum Beispiel, Die meisten Intel Chips benötigen Impedanzsteuerung bei 37 Ohms, 42 Ohms oder sogar niedriger. Ich werde sie hier nicht wiederholen..