刚柔结合电路近年来变得越来越流行,因为它结合了柔性电路的灵活性和刚性& FR4 PCB 的可靠性。创建刚柔结合电路时的关键设计考虑因素之一是阻抗值。对于一般高频信号和射频电路,50欧姆是设计人员使用和制造商推荐的最常见值,那么为什么选择50欧姆呢?有30欧姆和80欧姆的吗?今天,我们将探讨为什么 50 欧姆阻抗是刚柔结合电路的最佳设计选择的原因。
什么是阻抗以及为什么它很重要?
阻抗是电路中电能流动阻力的量度,以欧姆表示,是电路设计中的关键因素。是指传输走线的特性阻抗,是电磁波在走线/导线中传输时的阻抗值,与走线的几何形状、介质材料以及走线周围的环境有关。可以说,阻抗影响能量传输的效率和电路的整体性能。
适用于刚柔结合电路的 50 欧姆阻抗
50 欧姆阻抗成为刚柔结合电路的最佳设计选择有以下几个原因:
1. JAN授权的标准值和默认值
二战期间,阻抗的选择完全取决于使用的需要,没有标准值。 但随着技术的进步,需要给出阻抗标准,以在经济性和便利性之间取得平衡。因此,美国军方的联合组织JAN组织(联合陆军海军)出于阻抗匹配、信号传输稳定性以及防止信号反射的考虑,最终选择了50欧姆阻抗作为通用标准值。 从那时起,50欧姆阻抗已演变为全球默认值。
2. 性能最大化
从PCB设计的角度来看,在50欧姆的阻抗下,信号可以在电路中以最大功率传输,从而减少信号的衰减和反射。同时,50欧姆也是无线通信中最常用的天线输入阻抗。
一般来说,阻抗越低,传输走线的性能会越好。对于给定线宽的传输走线,距离地平面越近,相应的EMI(电磁干扰)就越小,串扰也就越小。但是,从信号的整个路径来看,阻抗影响着芯片的驱动能力——早期的芯片或驱动器大多无法驱动低于50欧姆的传输线,而更高的传输线则很难实现,也没有实现。性能也同样出色,因此 50 欧姆阻抗的折中方案是当时的最佳选择。
3. 简化设计
在PCB设计中,总是需要配合线距和线宽来减少信号反射和串扰。所以在设计走线的时候,我们会为我们的项目计算一个stack up,根据厚度、基板、层数等参数来计算阻抗,如下图。
根据我们的经验,50欧姆很容易设计堆叠,这就是它在电力行业广泛使用的原因。
4. 促进生产顺利进行
考虑到大多数现有PCB制造商的设备,生产50欧姆阻抗的PCB相对容易。
众所周知,较低的阻抗需要匹配更宽的线宽和薄介质或大介电常数,这对于目前的高密度电路板来说在空间上很难满足。而较高的阻抗需要较细的线宽和较厚的介质或较小的介电常数,这不利于EMI和串扰的抑制,而且从量产的角度来看,多层电路的加工可靠性会较差。
使用通用基板(FR4等)和通用磁芯控制50ohm阻抗,生产通用板厚如1mm、1.2mm,可设计通用线宽4~10mil,因此制作非常方便,而且加工对设备的要求不是很高。
5. 与高频信号的兼容性
许多电路板、连接器和电缆的标准和制造设备都是针对 50 欧姆阻抗设计的,因此使用 50 欧姆可以提高设备之间的兼容性。
6. 性价比高
当考虑制造成本和信号性能之间的平衡时,50欧姆阻抗是一个经济且理想的选择。
50欧姆阻抗凭借其相对稳定的传输特性和较低的信号失真率,广泛应用于视频信号、高速数据通信等领域。 然而,值得注意的是,虽然 50 欧姆是电子工程中最常用的阻抗之一,但在某些应用中,例如射频,可能需要其他阻抗值来满足特定要求。 因此,在具体设计时,应根据实际情况选择合适的阻抗值。
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