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设计PCB时为什么经常有人会提起50Ω阻抗
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在PCB设计中，阻抗通常是指传输线的特性阻抗，这是电磁波在导线中传输时的特性阻抗，与导线的几何形状、介质材料和导线周围环境等因素有关。 W8 p& I6 ~0 J! E% H$ }3 {* f9 i5 c
) q7 u4 Q% b% L; I! S对于一般的高速数字信号传输和RF电路，50Ω是一个常用的阻抗值。
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为什么是50Ω？30Ω或者80Ω不行吗？默认选择50Ω阻抗，是历史、PCB生产工艺、电路设计、成本等多因素共同决定的。3 R- N! G/ A+ w* V) Z( |* a
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一、50Ω阻抗是美国军方制定的阻抗标准0 F: _# e& Y3 T
b R2 A# K# H# p二次世界大战期间，阻抗的选择完全依赖于使用的需要，没有一个标准值。但是随着技术的进步，需要给出阻抗标准，以便在经济性和方便性上取得平衡。
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O5 a7 I$ u0 L( J) a于是，美国军方的一个联合组织——JAN组织(Joint ARMy Navy)，基于其阻抗匹配、信号传输稳定性和防止信号反射等方面的考虑，最终选用了50Ω阻抗作为常用标准值。$ c: W5 `1 J4 `) K: ^4 h
* ?; S$ l6 V l9 S5 `之后，50Ω阻抗就慢慢发展为全球默认的标准值。, o$ x: v' ]6 T8 F
) J) o6 ^7 m5 n7 Y: }5 W+ ^) Y二、50Ω阻抗可实现最大功率传输$ x- D8 t8 f- `
6 J1 s$ N2 d6 k0 K- B1 V8 o从PCB设计角度来看，在50Ω阻抗下，信号可以在电路中以最大功率传输，从而减少信号衰减和反射。在无线通信领域，50Ω阻抗也是最常用的天线输入阻抗。
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6 [9 i8 ?& G: \8 z) F# j$ W一般阻抗低，PCB走线的性能会较好。对于一条给定线宽的传输线，其和平面距离越近，相应的EMI会减小，串扰也会因此减小。但是从信号全路径的角度看，阻抗不能过于低——这涉及到最关键的一个因素，那就是芯片的驱动能力。5 Q6 k) S1 _% t4 `/ v' Z
$ U" L: T- h1 I, h在早期大多数芯片驱动不了阻抗小于50Ω的传输线，而更高阻抗的传输线由于实现起来不便且性能没那么好，所以折中采用50Ω阻抗是当时最优的选择。( z: E0 R; Y3 |! t
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/ Q8 ?! j7 a8 z x三、50Ω容易进行阻抗匹配$ K Y7 _: s" u1 {
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PCB设计中，经常需要进行阻抗匹配，以减少信号反射和干扰。设计PCB走线时，一般我们会对自己要进行设计的项目进行叠层，根据厚度、基材、层数等信息进行计算阻抗。
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2 h, c! K. B0 I. u5 z4 s50Ω阻抗广泛应用于电子工程领域，因此容易进行阻抗匹配，降低信号反射和干扰。 . @6 k( o0 f5 G! d. e- y7 g. B4 p
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四、选用50Ω阻抗，PCB生产较容易- a( Q+ A9 {5 W
2 [4 B3 O7 V8 @5 z, {从PCB生产加工工艺角度出发，以现有的大部分PCB生产厂商的设备考虑，生产50Ω阻抗的PCB是比较容易实现的。
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从阻抗计算过程可知，过低的阻抗需要较宽的线宽以及薄介质或较大的介电常数，这对于目前高密板来说空间上比较难满足：过高的阻抗又需要较细的线宽及较厚的介质或较小的介电常数，不利于EMI及串扰的抑制，同时对于多层板及从量产的角度来讲加工的可靠性会比较差。& Z1 N! E) ?2 X1 c$ Y+ p: n
0 j+ o' O- P( b2 o控制50欧姆阻抗在使用常用板材(FR4等)、常用芯板的环境下，生产常用的板厚的产品(如1mm、1.2mm等)，可设计常见的线宽(4~10mil)，这样板厂加工起来是非常方便的，对其加工使用的设备要求也不是很高。
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2 s) b2 o0 k5 \' s3 j5 u; n五、50Ω阻抗可以提高设备之间的兼容性# T( Z7 N9 G' h
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许多标准和设备的电路板、连接器和电缆都是为50Ω阻抗设计的，因此使用50Ω阻抗可以提高设备之间的兼容性。! \4 S# l: X: S. d
( ^+ L5 P0 o) z六、使用50Ω阻抗，PCB制造成本更低0 l6 x, l) b5 o# S, W( L' y
+ D9 f$ v1 w0 D6 H$ ~4 N- H' L/ g在制造成本和信号性能之间的平衡考虑下，50Ω阻抗是一种经济实用的选择。" K" ^" o% S+ \, _! ^4 Z
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结语
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- C9 O; P6 W, D1 b; i. n% H0 [凭着相对稳定的传输特性和较低的信号失真率等诸多优点，50Ω阻抗被广泛应用于其他领域，例如视频信号、高速数据通信等。但需要注意的是，虽然50Ω阻抗是电子工程中最常用的阻抗之一，但在一些应用中，如射频等，可能需要其他阻抗值来满足特定的需求。因此在具体设计中，应根据实际情况选择适当的阻抗值。 深圳市瑞兴诺科技有限公司,是一家专业从事高密度多层印制板、特种版的制造企业。产品主要有：微波射频高频板、Rogers罗杰斯高频板、Rogers多层高频混压板、Rogers射频板、Taconic微波板、Taconic多层线路板、Arlon微带天线板、ARLON高频板、F4BM天线板、F4BM多层混压板、射频功放PCB板、ZYF天线板、中英高频互调线路板、F4B天线板、特种电路板等。对功分器、移相器、耦和器、合路器、功放、干放、基站、射频天线、4G天线/5G天线所使用的高频线路板具有专业的生产经验。
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发表于 2023-5-11 15:09
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