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      電子元件 傳感器 開關(guān) 多種型號(hào) 原裝優(yōu)勢(shì) 量大價(jià)優(yōu)

      作者:admin

      發(fā)布時(shí)間:2022-04-01

      點(diǎn)擊量:865

      大家都知道“特性阻抗”,是射頻傳輸線影響高頻電波電壓、電流的幅值和相位變化的固有特性,等于各處的電壓與電流的比值,特性阻抗的單位是歐姆。那么從全世界范圍來看,占主導(dǎo)地位的射頻/微波同軸傳輸線阻抗都是50Ω。特別是在無線通訊領(lǐng)域,各種射頻器件,連接器,同軸線纜cable,甚至一些射頻PCB印制線都是以50Ω阻抗作為標(biāo)準(zhǔn)。這是為什么呢?

      合適連接器

      01從生產(chǎn)工藝的角度

      從PCB生產(chǎn)加工工藝角度出發(fā),以現(xiàn)有的大部分PCB生產(chǎn)廠商的設(shè)備考慮,生產(chǎn)50Ω阻抗的PCB是比較容易實(shí)現(xiàn)的。

      從阻抗計(jì)算過程可知,過低的阻抗需要較寬的線寬以及薄介質(zhì)或較大的介電常數(shù),這對(duì)于目前高密板來說空間上比較難滿足。

      過高的阻抗又需要較細(xì)的線寬及較厚的介質(zhì)或較小的介電常數(shù),不利于EMI及串?dāng)_的抑制,同時(shí)對(duì)于多層板及從量產(chǎn)的角度來講加工的可靠性會(huì)比較差。

      控制50Ω阻抗在使用常用板材(FR4、RO4350B等)、常用芯板的環(huán)境下,生產(chǎn)常用的板厚的產(chǎn)品(如0.508mm、1mm、1.2mm等),可設(shè)計(jì)常見的線寬(4~10mil),這樣板廠加工起來是非常方便的,對(duì)其加工使用的設(shè)備要求也不是很高。

      合適連接器平臺(tái)

      02從PCB設(shè)計(jì)方面考慮

      50Ω也是綜合考慮之后的選擇。從阻抗計(jì)算過程可知,對(duì)于寬度確定的走線,板材介質(zhì)越薄,阻抗越低。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(即微帶線到參考地的距離)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。

      最后,高度越低阻抗越小,不易受電容性負(fù)載影響。

      03從信號(hào)全路徑方面考慮

      設(shè)計(jì)中還需要考慮最關(guān)鍵的一個(gè)因素,那就是芯片的驅(qū)動(dòng)能力,在早期大多數(shù)芯片驅(qū)動(dòng)不了阻抗小于50Ω的傳輸線,而更高阻抗的傳輸線由于實(shí)現(xiàn)起來不便,所以折中采用50Ω阻抗。

      04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)。業(yè)界己經(jīng)證明50Ω對(duì)于趨膚效應(yīng)來說,它的損耗是最小的。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。總共的串聯(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)損耗最小的情況下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)損耗最小時(shí),d2/d1=3.5911得出特性阻抗正是50Ω。

      05從歷史的角度

      一個(gè)廣為流傳的故事版本,來自于HarmonBanning的《電纜:關(guān)于50Ω的來歷可能有很多故事》。在微波應(yīng)用的初期,二次世界大戰(zhàn)期間,阻抗的選擇完全依賴于使用的需要.對(duì)于大功率的處理,30Ω和44Ω常被使用。

      另一方面,最低損耗的空氣填充線的阻抗是93Ω。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),50Ω是一個(gè)折中的選擇;為聯(lián)合陸軍和海軍解決這些問題,一個(gè)名為JAN的組織成立了,就是后來的DESC,由MIL特別發(fā)展的歐洲選擇了60Ω。

      事實(shí)上,在美國(guó)最多使用的導(dǎo)管是由現(xiàn)有的標(biāo)尺竿和水管連接成的,51.5Ω是十分常見的??吹胶陀玫?0Ω到51.5Ω的適配器/轉(zhuǎn)換器,感覺很奇怪的最終50Ω勝出了,并且特別的導(dǎo)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(yè)界占統(tǒng)治地位的公司的影響下,歐洲人也被迫改變了。

      上邊說是一個(gè)故事,但是確實(shí)反映出一個(gè)事實(shí),50Ω是一個(gè)經(jīng)過大量實(shí)踐后的折中產(chǎn)物。早期微波射頻系統(tǒng)常用同軸線纜作為連接線,從設(shè)計(jì)角度考慮,肯定是希望經(jīng)過同軸線纜傳輸?shù)奈⒉ㄉ漕l信號(hào)傳輸功率能盡量大,而傳輸損耗盡量的小。

      大概在1929年,貝爾實(shí)驗(yàn)室做了很多實(shí)驗(yàn)和推導(dǎo),最終發(fā)現(xiàn)對(duì)于同軸線纜,當(dāng)同軸線特征阻抗為30Ω時(shí),可以傳輸?shù)男盘?hào)功率是最大的;當(dāng)同軸線特征阻抗為77Ω時(shí),同軸線纜傳輸信號(hào)的損耗是最小的。

      30Ω和77Ω的算術(shù)平均值為53.5Ω,30Ω和77Ω的幾何平均值是48Ω,我們經(jīng)常所說的50Ω標(biāo)準(zhǔn)阻抗其實(shí)是53.5Ω和48Ω的一個(gè)工程上的折中考慮,即同時(shí)兼顧最大功率傳輸和最小損耗。

      而且,通過實(shí)踐發(fā)現(xiàn),50Ω的系統(tǒng)阻抗,對(duì)于半波長(zhǎng)偶極子天線和四分之一波長(zhǎng)單極子天線的端口阻抗也是匹配的,引起的反射損耗是最小的。

      綜上,對(duì)于射頻應(yīng)用種的50Ω阻抗標(biāo)準(zhǔn),是業(yè)界經(jīng)過長(zhǎng)期的實(shí)踐統(tǒng)一下來的,從生產(chǎn)制造上,從設(shè)計(jì)上,電氣性能上,歷史因素上都是一個(gè)折中的選擇。