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设计PCB时为什么经常有人会提起50Ω阻抗 8 X: q7 ^ |# c1 ?7 @ E, d
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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。
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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。9 I: \" x' M* A: S
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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。
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, |6 v$ n. U# e3 r9 e; B一、50Ω阻抗是美国军方制定的阻抗标准0 M( w, r9 ^% b5 z8 }; K
4 |* S7 ~9 j6 h& b& Q# z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。4 F, g( W h& K8 {) A
0 P8 b1 R- z( y2 x$ z4 B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。6 w# {- u' L7 N" N2 Y5 M( X
$ J9 a2 F4 v) [之后，50Ω阻抗就慢慢发展为全球默认的标准值。( @" E8 m( o) m1 K# N c
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二、50Ω阻抗可实现最大功率传输, ^2 V9 |7 w) R% O0 r; O
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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。, C+ I# b; L% u% y1 t* w: _
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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。
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2 u: l. Z: ~: \! L$ \% r4 _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。; n8 N; k: g$ j, \2 h
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三、50Ω容易进行阻抗匹配
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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。( X* c- y+ V0 ~) Z
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50Ω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。 + ]5 r" D7 `, ~1 s" `
; {; ]0 s% W O/ S: v# g四、选用50Ω阻抗，PCB生产较容易
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_ M( X* }1 |: r8 k- U! u; r! g/ s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。
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1 I3 E7 _( H J9 f& J7 _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。4 p6 N2 G! n: D: s2 l
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五、50Ω阻抗可以提高设备之间的兼容性
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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。! p: N* t. Q. M5 E
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六、使用50Ω阻抗，PCB制造成本更低! E7 [( n' T4 A: L) g* h# {8 p0 J" p
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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。$ v7 \: V$ ?1 A
; O' J1 e/ T& @2 V, L% N/ {结语
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) X" {+ H* k [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。 3 y t6 Z% z" X
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发表于 2023-5-11 15:09
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