2018-09-29 09:39:34
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為什么大多數工程師喜歡用50歐姆作為PCB的傳輸線阻抗(有時候這個值甚至就是PCB板的缺省值)，為什么不是60或者是70歐姆呢?
從生產工藝的角度
對于寬度確定的走線，3個主要的因素會影響PCB走線的阻抗。
首先，是PCB走線近區場的EMI(電磁干擾)和這個走線距參考平面的高度是成一定的比例關系的，高度越低意味著輻射越小。
其次，串擾會隨走線高度有顯著的變化，把高度減少一半，串擾會減少到近四分之一。
最后，高度越低阻抗越小，不易受電容性負載影響。
根據主流的PCB加工制造工藝，用SIM900A計算得到如下結果
PCB單端阻抗主要是線寬，銅厚，介質厚度三個因素決定的。如上圖，50Ω，這三個參數是5.5mil,1.4mil,3.5mil。這些參數對生產來說比較容易制造，阻抗再小，介質厚度得越小，介質厚度再小就會超出生產設備的制程能力。5-6mil也是現在一般PCB生產廠家都能生產的。線寬一點對于現在高密度高速PCB來說，設計工程師又得叫苦不迭了。所以50Ω在業界成為標準，也就不足為奇了。
從電氣性能的角度
下面再從損耗的角度看看。在高頻高速線路中有個趨膚效應，大家大學學過電子知識的都知道。業界己經證明50Ω對于趨膚效應來說，它的損耗是最小的。通常電纜的趨膚效應損耗L(以分貝做單位)跟總的趨膚效應電阻R(單位長度)除以特性阻抗Z0成正比。
總的趨膚效應電阻R是屏蔽層和中間導體電阻之和。屏蔽層的趨膚效應電阻在高頻時，和它的直徑d2成反比。同軸電纜內部導體的趨膚效應電阻在高頻時，和他的直徑d1成反比。總共的串聯電阻R，因此和(1/d2+1/d1)成正比。綜合這些因素，給定d2和相應的隔離材料的介電常數Er,可以計算出在趨膚效應損耗最小的情況下d2/d1的比值。
假定固態聚乙烯的介電常數為2.25，趨膚效應損耗最小時，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最為流傳的故事版本，來自于 Harmon Banning 的《電纜：關于 50 歐姆的來歷可能有很多故事》。在微波應用的初期，二次世界大戰期間，阻抗的選擇完全依賴于使用的需要.對于大功率的處理，30歐姆和44歐姆常被使用。
另一方面，最低損耗的空氣填充線的阻抗是93歐姆。在那些歲月里，對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的剛性導管。半剛性電纜誕生于50年代早期，真正的微波軟電纜出現是大約10年以后了。
隨著技術的進步，需要給出阻抗標準，以便在經濟性和方便性上取得平衡。在美國，50歐姆是一個折中的選擇;為聯合陸軍和海軍解決這些問題，一個名為JAN的組織成立了，就是后來的DESC，由MIL特別發展的。
歐洲選擇了60歐姆。事實上，在美國最多使用的導管是由現有的標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/轉換器，感覺很奇怪的。
最終50歐姆勝出了，并且特別的導管被制造出來(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 這樣在業界占統治地位的公司的影響下，歐洲人也被迫改變了。
所以對于射頻50Ω阻抗標準緣由是業界經過長期的實踐統一下來的，從生產制造上，電氣性能，歷史因素上都是一個折中的選擇。