为什么走线选择50欧姆阻抗

edadoc · 发表于 2013-9-17 14:02:03

为什么很多工程师用 50Ohm PCB 传输线，有些时候这则成为 PCB 布线的默认设置。

为什么不是 60 Ohm 或者 70 Ohm？

在线宽固定的情况下，有三个主要因素影响PCB的阻抗。第一，到PCB传输线最近的电磁干扰层的影响正比于PCB传输线到最近的参考平面的距离，越小的距离就越小的辐射。第二，串扰也随传输线的厚度有则明显的变化，减少一半的传输线厚度将减少传输线串扰。第三，越小的距离产生越小的阻抗，这个有利于减少容性负载的影响。所有的三个因素鼓励设计者去设计传输线更加靠近参考平面。阻止传输线厚度降为0的主要原因是大部分的芯片不可能很好的驱动小于50 Ohm的传输线，除了Rambus 27Ω，旧的国家BTL联盟17Ω。

并不是所有的用50Ω做阻抗控制都是最好的。如：旧ＮＭＯＳ8080处理器工作频率100Ｋｈｚ的时候没有电磁干扰和串扰以及容性负载的问题，同时在任何时候他也不可能驱动50Ω的传输线．就这个处理器而言，由于高的阻抗将减小驱动电源，故我们必须使用我们能制造出来的最薄的，最高的阻抗的传输线．

同时我们也要考虑机械问题（制程问题）。如，在高密度多层板的高压合夹层空间下，70Ω的传输线在现在微小印刷技术下很难被制造出来，在这种情况下，你也许会转而用50Ω的传输线，50Ω的传输线允许用比70Ω更宽的线宽，从而使电路板存在可制造性。

那同轴电缆线的阻抗又如何呢?在射频的世界里,考量的问题点与印刷电路板又有不同,至今射频工业还是关注与相似阻抗的同轴电缆线,根据国际电工协会出版物78(1967), 75Ω是一个非常容易被接受的同轴阻抗标准，因为你能更加容易的匹配几种比较流行的天线结构。它同时定义了50Ω的实心聚乙烯线的结构，即给出了固定的外层屏蔽层的直径，同时给出了固定的介电常数2.2。因为在50Ω先可以减小传输过程中的趋肤效应。

同时你可以从物理学定理上证明50Ω同轴电缆线阻抗的优越性。电缆趋肤效应损失为L（每单位长度上）正比于趋肤效应电阻R（每单位长度）除以电缆的特性阻抗Z。电缆总的趋肤电阻为外层屏蔽层电阻加上内层传输线电阻之和。在高频下，屏蔽层的串接趋肤电阻反比与它的直径d2。内层传输线的串联趋肤电阻反比与它的直径d1.则总的串接电阻正比于(1/d2+1/d1).结合上述因素，相互介电常数ER,屏蔽层直径d2 为给定的固定值，你能下面这个公式来最小化趋肤效应的损失，

在任何初级电磁场电磁波课本里，你都能找到如下的公式：Z0 表示为d2, d1, 和ER:的公式

将公式2代入公式1，则可得公式三如下

从公式三分离常数项(（√ER/60 ）(1/d2))，变量((1+d2/d1)/ln(d2/d1))决定趋肤损失最小化的点，仔细检查公式三，发现最小损失的点只与d2/d1 的比有关，与ER 和固定的d2都无关。

将L作为自变量d2/d1的一个函数，一个可操作的结构显示最小损失点为d2/d1=53.5911.假设一个固体的聚乙烯绝缘体的介电常数为2.25，相当于波的传播速度为光的66%。d2/d1=53.5911.用于公式二可得传输线的特性阻抗为51.1Ω，很久以前，无线电工程师坚决的仅仅使同轴线的阻抗达到更方便的50Ω。这不意味你就必须用50Ω。如，如果你设计了一个75Ω的传输线，此线有相同的外层屏蔽层直径和介电常数，其趋肤损失仅增加了12%，不同的介电常数材料的可以优化d2/d1的值，从而产生优化的阻抗。