剛柔結合電路近年來變得越來越流行,因為它結合了柔性電路的靈活性和剛性& FR4 PCB 的可靠性。創建剛柔結合電路時的關鍵設計考慮因素之一是阻抗值。對於一般高頻信號和射頻電路,50歐姆是設計人員使用和製造商推薦的最常見值,那麼為什麼選擇50歐姆呢?有30歐姆和80歐姆的嗎?今天,我們將探討為什麼 50 歐姆阻抗是剛柔結合電路的最佳設計選擇的原因。
什麼是阻抗以及為什麼它很重要?
阻抗是電路中電能流動阻力的量度,以歐姆表示,是電路設計中的關鍵因素。是指傳輸走線的特性阻抗,是電磁波在走線/導線中傳輸時的阻抗值,與走線的幾何形狀、介質材料以及走線周圍的環境有關。可以說,阻抗影響能量傳輸的效率和電路的整體性能。
適用於剛柔結合電路的 50 歐姆阻抗
50 歐姆阻抗成為剛柔結合電路的最佳設計選擇有以下幾個原因:
1. JAN授權的標準值和默認值
二戰期間,阻抗的選擇完全取決於使用的需要,沒有標準值。 但隨著技術的進步,需要給出阻抗標準,以在經濟性和便利性之間取得平衡。因此,美國軍方的聯合組織JAN組織(聯合陸軍海軍)出於阻抗匹配、信號傳輸穩定性以及防止信號反射的考慮,最終選擇了50歐姆阻抗作為通用標準值。 從那時起,50歐姆阻抗已演變為全球默認值。
2. 性能最大化
從PCB設計的角度來看,在50歐姆的阻抗下,信號可以在電路中以最大功率傳輸,從而減少信號的衰減和反射。同時,50歐姆也是無線通信中最常用的天線輸入阻抗。
一般來說,阻抗越低,傳輸走線的性能會越好。對於給定線寬的傳輸走線,距離地平面越近,相應的EMI(電磁干擾)就越小,串擾也就越小。但是,從信號的整個路徑來看,阻抗影響著芯片的驅動能力——早期的芯片或驅動器大多無法驅動低於50歐姆的傳輸線,而更高的傳輸線則很難實現,也沒有實現。性能也同樣出色,因此 50 歐姆阻抗的折中方案是當時的最佳選擇。
3. 簡化設計
在PCB設計中,總是需要配合線距和線寬來減少信號反射和串擾。所以在設計走線的時候,我們會為我們的項目計算一個stack up,根據厚度、基板、層數等參數來計算阻抗,如下圖。
根據我們的經驗,50歐姆很容易設計堆疊,這就是它在電力行業廣泛使用的原因。
4. 促進生產順利進行
考慮到大多數現有PCB製造商的設備,生產50歐姆阻抗的PCB相對容易。
眾所周知,較低的阻抗需要匹配更寬的線寬和薄介質或大介電常數,這對於目前的高密度電路板來說在空間上很難滿足。而較高的阻抗需要較細的線寬和較厚的介質或較小的介電常數,這不利於EMI和串擾的抑制,而且從量產的角度來看,多層電路的加工可靠性會較差。
使用通用基板(FR4等)和通用磁芯控制50ohm阻抗,生產通用板厚如1mm、1.2mm,可設計通用線寬4~10mil,因此製作非常方便,而且加工對設備的要求不是很高。
5. 與高頻信號的兼容性
許多電路板、連接器和電纜的標準和製造設備都是針對 50 歐姆阻抗設計的,因此使用 50 歐姆可以提高設備之間的兼容性。
6. 性價比高
當考慮製造成本和信號性能之間的平衡時,50歐姆阻抗是一個經濟且理想的選擇。
50歐姆阻抗憑藉其相對穩定的傳輸特性和較低的信號失真率,廣泛應用於視頻信號、高速數據通信等領域。 然而,值得注意的是,雖然 50 歐姆是電子工程中最常用的阻抗之一,但在某些應用中,例如射頻,可能需要其他阻抗值來滿足特定要求。 因此,在具體設計時,應根據實際情況選擇合適的阻抗值。
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