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為什么大多數(shù)工程師喜歡用50歐姆作為pcb的傳輸線阻抗(有時(shí)候這個(gè)值甚至就是pcb板的缺省值),為什么不是60或者是70歐姆呢,?
從生產(chǎn)工藝的角度
對(duì)于寬度確定的走線,3個(gè)主要的因素會(huì)影響pcb走線的阻抗,。 首先,,是pcb走線近區(qū)場(chǎng)的emi(電磁干擾)和這個(gè)走線距參考平面的高度是成一定的比例關(guān)系的,高度越低意味著輻射越小,。 其次,,串?dāng)_會(huì)隨走線高度有顯著的變化,把高度減少一半,,串?dāng)_會(huì)減少到近四分之一,。 后,高度越低阻抗越小,,不易受電容性負(fù)載影響,。
pcb單端阻抗主要是線寬,銅厚,,介質(zhì)厚度三個(gè)因素決定的,。如上圖,50ω,,這三個(gè)參數(shù)是5.5mil,1.4mil,3.5mil,。這些參數(shù)對(duì)生產(chǎn)來(lái)說(shuō)比較容易制造,阻抗再小,,介質(zhì)厚度得越小,,介質(zhì)厚度再小就會(huì)超出生產(chǎn)設(shè)備的制程能力。5-6mil也是現(xiàn)在一般pcb生產(chǎn)廠家都能生產(chǎn)的,。線寬一點(diǎn)對(duì)于現(xiàn)在高密度高速pcb來(lái)說(shuō),,設(shè)計(jì)工程師又得叫苦不迭了。所以50ω在業(yè)界成為標(biāo)準(zhǔn),,也就不足為奇了,。
從電氣性能的角度
下面再?gòu)膿p耗的角度看看,。在高頻高速線路中有個(gè)趨膚效應(yīng),大家大學(xué)學(xué)過(guò)電子知識(shí)的都知道,。業(yè)界己經(jīng)證明50ω對(duì)于趨膚效應(yīng)來(lái)說(shuō),,它的損耗是小的。通常電纜的趨膚效應(yīng)損耗l(以分貝做單位)跟總的趨膚效應(yīng)電阻r(單位長(zhǎng)度)除以特性阻抗z0成正比,。 總的趨膚效應(yīng)電阻r是屏蔽層和中間導(dǎo)體電阻之和,。屏蔽層的趨膚效應(yīng)電阻在高頻時(shí),和它的直徑d2成反比,。同軸電纜內(nèi)部導(dǎo)體的趨膚效應(yīng)電阻在高頻時(shí),,和他的直徑d1成反比??偣驳拇?lián)電阻r,,因此和(1/d2+1/d1)成正比。綜合這些因素,,給定d2和相應(yīng)的隔離材料的介電常數(shù)er,可以計(jì)算出在趨膚效應(yīng)損耗小的情況下d2/d1的比值,。 假定固態(tài)聚乙烯的介電常數(shù)為2.25,趨膚效應(yīng)損耗小時(shí),,d2/d1=3.5911得出特性阻抗正是50歐姆,。
從歷史的角度
鳥牌電子公司提供了一個(gè)為流傳的故事版本,來(lái)自于 harmon banning 的《電纜:關(guān)于 50 歐姆的來(lái)歷可能有很多故事》,。在微波應(yīng)用的初期,,二次世界大戰(zhàn)期間,,阻抗的選擇*依賴于使用的需要.對(duì)于大功率的處理,,30歐姆和44歐姆常被使用。 另一方面,,低損耗的空氣填充線的阻抗是93歐姆,。在那些歲月里,對(duì)于很少用的更高頻率,,沒有易彎曲的軟電纜,,僅僅是填充空氣介質(zhì)的剛性導(dǎo)管。半剛性電纜誕生于50年代早期,,真正的微波軟電纜出現(xiàn)是大約10年以后了,。 隨著技術(shù)的進(jìn)步,需要給出阻抗標(biāo)準(zhǔn),,以便在經(jīng)濟(jì)性和方便性上取得平衡,。在美國(guó),50歐姆是一個(gè)折中的選擇,;為聯(lián)合陸地軍和海軍解決這些問(wèn)題,,一個(gè)名為jan的組織成立了,,就是后來(lái)的desc,由mil特別發(fā)展的,。 歐洲選擇了60歐姆,。事實(shí)上,在美國(guó)多使用的導(dǎo)管是由現(xiàn)有的標(biāo)尺竿和水管連接成的,,51.5歐姆是十分常見的,。看到和用到50歐姆到51.5歐姆的適配器/轉(zhuǎn)換器,,感覺很奇怪的,。 終50歐姆勝出了,并且特別的導(dǎo)管被制造出來(lái)(也可能是裝修工人略微改變了他們管子的直徑),。不久以后,,在象hewlett-packard 這樣在業(yè)界占統(tǒng)治地位的公司的影響下,歐洲人也被迫改變了,。
所以對(duì)于射頻50ω阻抗標(biāo)準(zhǔn)緣由是業(yè)界經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的實(shí)踐統(tǒng)一下來(lái)的,,從生產(chǎn)制造上,電氣性能,,歷史因素上都是一個(gè)折中的選擇,。
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