设计PCB时为什么经常有人会提起50Ω阻抗

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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。
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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。
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' O/ L; g# G9 d' B, C, l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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一、50Ω阻抗是美国军方制定的阻抗标准

& S. G- u/ r; P+ ~" v0 A! t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。

8 u8 _3 f, U" n2 w/ q/ `4 Y1 Y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。
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  X/ K! R5 l. G; Y之后，50Ω阻抗就慢慢发展为全球默认的标准值。

二、50Ω阻抗可实现最大功率传输
5 N/ _* i- S: J& c2 V9 w8 \7 |% [$ ]
- I7 L, w, E! C4 N" s, ^& b, `5 Q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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1 k. d3 q& a- _  b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。

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。
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0 \8 n; E5 H. o! C/ ^; B0 W/ N三、50Ω容易进行阻抗匹配

1 ~' g7 \/ v" ~: ^* N2 A2 {0 ]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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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。

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1 D) b* c0 {# V5 u2 ]四、选用50Ω阻抗，PCB生产较容易
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6 n; V8 l& w5 X9 \* b9 h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。

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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: v; u4 |0 F7 d' f4 Q" D/ G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。

5 t+ y3 n: c3 U! R) S5 v五、50Ω阻抗可以提高设备之间的兼容性

' L0 T* j- r8 h, d+ Z0 y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。

六、使用50Ω阻抗，PCB制造成本更低
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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。
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7 X$ v) o  y( B* n( N" O结语
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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。

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50欧姆的系统阻抗，对于半波长偶极子天线和四分之一波长单极子天线的端口阻抗也是匹配的，引起的反射损耗是最小的。

aesther1

多方权宜之计罢了

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aesther1 发表于 2023-5-12 09:20
多方权宜之计罢了

! n7 k0 k; S' ?! W/ y前辈们的经验总结