Technologie PCB - Carte PCB à extrémité unique par défaut à 50 ohms pour le contrôle

Beaucoup de gens qui viennent d'entrer en contact avec l'impédance auront ce problème. Pourquoi les traces simples courantes dans les cartes PCB sont - elles contrôlées par 50 ohms au lieu des 40 ou 60 ohms par défaut? C'est une question qui semble simple, mais à laquelle il n'est pas facile de répondre. Nous avons également consulté de nombreuses informations avant d'écrire cet article, notamment la réponse du Dr Howard Johnson à cette question,

Pourquoi est - il difficile de répondre? La question de l'intégrité du signal est une question de compromis en soi, d'où la phrase la plus célèbre de l'industrie: "Cela dépend de...", une question à laquelle il n'y a pas de réponse standard. Aujourd'hui, speed Jun combinera diverses réponses pour faire un résumé simple de cette question, qui est également présenté ici. J'espère que plus de gens seront en mesure de résumer les facteurs plus pertinents de leur propre point de vue.

Tout d'abord, le 50 ohms a une certaine origine historique et doit commencer par un câble standard. Nous savons tous qu'une grande partie de la technologie électronique moderne provient de l'armée et passe lentement de l'utilisation militaire à l'utilisation civile. Au début des applications micro - ondes, c'est - à - dire pendant la Seconde Guerre mondiale, le choix de l'impédance dépendait entièrement des besoins d'utilisation. Au fur et à mesure que la technologie progresse, des normes d'impédance doivent être élaborées pour trouver un équilibre entre économie et commodité. Aux États - Unis, les conduits les plus couramment utilisés sont reliés par des poteaux et des conduites d'eau existants. 51,5 ohms est très commun, mais les adaptateurs / convertisseurs qui peuvent être vus et utilisés sont de 50 ohms à 51,5 ohms; C'est une solution conjointe de l'armée et de la marine. En réponse à ces problèmes, une organisation appelée Jan, plus tard DESC, a été créée et développée spécifiquement par mil. Après une réflexion approfondie, 50 ohms ont finalement été choisis et des conduits spéciaux ont été fabriqués et transformés en divers câbles. Standard À l'époque, la norme européenne était de 60 ohms. Peu de temps après, les Européens ont également été contraints de changer sous l'influence d'entreprises dominantes telles que HP, de sorte que 50 ohms est finalement devenu la norme de l'industrie.

C'est devenu une convention que les PCB connectés à divers câbles doivent finalement répondre à la norme d'impédance de 50 ohms adaptée à l'impédance.

Deuxièmement, du point de vue de la production de carte PCB réalisable, 50 ohms est plus pratique à mettre en œuvre. Il ressort des formules de calcul d'impédance précédentes qu'une impédance trop faible nécessite une largeur de raie plus large et un milieu plus mince (ou une constante diélectrique plus importante), ce qui est spatialement plus difficile à satisfaire pour les plaques à haute densité actuelles; Une impédance trop élevée nécessitant des largeurs de lignes fines plus élevées et un diélectrique plus épais (ou une constante diélectrique plus faible) est préjudiciable à la suppression de l'EMI et de la diaphonie. Dans le même temps, du point de vue de la production en série, la fiabilité du traitement des plaques multicouches sera relativement faible; Et dans l'environnement des matériaux couramment utilisés, la largeur de ligne commune de 50 ohms et l'épaisseur diélectrique (4 ~ 6mil) répondent aux exigences de conception (calcul d'impédance dans l'image ci - dessous) et sont faciles à manipuler, il n'est pas surprenant qu'ils deviennent lentement le choix par défaut.

Troisièmement, du point de vue des pertes, sur la base de la physique fondamentale, il peut être démontré que les pertes par effet de chimiotaxie avec une impédance de 50 ohms sont minimes (tiré de la réponse du Dr Howard Johnson). Typiquement, les pertes par effet de chimiotaxie l (en décibels) du câble sont proportionnelles à la résistance totale par effet de chimiotaxie R (en longueur) divisée par l'impédance caractéristique Z0. La résistance totale à effet de chimiotaxie R est la somme des résistances du blindage et du conducteur intermédiaire. La résistance à effet dermocosmétique de la couche de blindage est inversement proportionnelle à son diamètre D2 aux hautes fréquences. La résistance à effet de peau du conducteur interne du câble coaxial est inversement proportionnelle à son diamètre D1 aux hautes fréquences. La résistance série totale R est donc proportionnelle à (1 / D2 + 1 / D1). En combinaison avec ces facteurs, compte tenu de D2 du matériau isolant et de la constante diélectrique er correspondante, on peut utiliser la formule suivante pour minimiser la perte d'effet de chimiotaxie.

Dans n'importe quel livre de base sur les champs électromagnétiques et les micro - ondes, vous pouvez découvrir que Z0 est une fonction de D2, D1 et er.

En remplaçant la formule 2 dans la formule 1, le numérateur et le dénominateur sont multipliés simultanément par D2, ce qui donne

Le terme constant (/ 60) * (1 / D2) et le terme valide ((1 + D2 / D1) / LN (d2d1)) sont séparés de la formule 3 pour déterminer le point minimum. En regardant de plus près le plus petit point de la formule 3, il n'est contrôlé que par D2 / D1, indépendamment de er et de la valeur fixe D2. En prenant D2 / D1 comme paramètre, on trace un graphique de L. lorsque D2 / d1 = 35911, on obtient un minimum. En supposant que la constante diélectrique du polyéthylène solide soit de 2,25 et que D2 / d1 = 35911, l'impédance caractéristique est de 51,1 ohms. Il y a longtemps, les ingénieurs radio ont approché cette valeur de 50 ohms pour plus de commodité, comme la meilleure valeur pour un câble coaxial. Cela prouve qu'aux alentours de 50 ohms, l est le plus petit.

Enfin, du point de vue des performances électriques, l'avantage de 50 ohms est également un compromis, après une réflexion approfondie. Purement de la performance des traces de PCB, la basse impédance est meilleure. Pour une ligne de transmission d'une largeur de ligne donnée, plus la distance par rapport au plan est proche, l'EMI correspondent est réduit, de même que la diaphonie et n'est pas sensible aux charges capacitives. Impact Mais du point de vue du chemin complet, le facteur le plus critique à considérer est la capacité de conduite de la puce. Au début, la plupart des puces ne pouvaient pas conduire des lignes de transmission avec une impédance inférieure à 50 ohms, et les lignes de transmission avec une impédance plus élevée n'étaient pas pratiques à mettre en œuvre. Une impédance de 50 ohms est utilisée.

En résumé: 50 ohms comme valeur par défaut dans l'industrie des PCB a ses avantages intrinsèques et est également un compromis après des considérations globales, mais ne signifie pas que 50 ohms doivent être utilisés. Dans de nombreux cas, cela dépend de la correspondance. Par exemple, 75 ohms reste la norme pour la communication à distance. Certains câbles et antennes utilisent 75 ohms. À ce stade, une impédance de ligne PCB adaptée est requise. En outre, il existe des puces spéciales qui réduisent l'impédance de la ligne de transmission en augmentant la capacité de pilotage de la puce, ce qui permet une meilleure suppression de l'EMI et de la diaphonie. Par exemple, la plupart des puces Intel nécessitent un contrôle d'impédance de 37 ohms, 42 ohms ou même moins. Je ne le répéterai pas ici.