在不同的设计规范中，有多达七种不同的阻抗。其中包括:

• Rambus内存为33欧姆
• 50欧姆用于大多数高速逻辑
• PCI总线为65欧姆
• 72至75欧姆用于模拟电路
• 85欧姆差分PCIExpress(42.5欧姆单端)
• USB差分95欧姆(47.5欧姆单端)
• 大多数高速互联网链路的100欧姆差分阻抗(50欧姆单端)

成功地设计具有多个这些阻抗的PCB可能是一个困难的，如果不是不可能的挑战。主要的挑战是设计一个PCB堆叠，在保持可制造和经济的产品的同时，为每个阻抗的所有走线提供足够的布线空间。如果有一种方法可以创造出一种只有一个阻抗的设计，那将是非常有价值的。如果是这样，哪种阻抗最好?

这些阻抗从何而来?

了解上述阻抗的来源是有帮助的。如下图所示，它们的起源多种多样。它们的一些用途已不再适用，使某些阻抗过时。下面是这些不同阻抗的历史。

Rambus:Rambus公司开始制造一种存储系统，希望能提供非常高的传输速率。架构是这样的，预计地址和数据总线需要33欧姆才能正常工作。陪审团仍然在这一点上，因为这种存储技术没有流行起来，所以我们不需要担心设计这种传输线到我们的堆栈。

50欧姆:自ECL和GaAs逻辑出现以来，50欧姆一直是高速计算的首选阻抗。这是一个有用的阻抗，因为它与几乎所有测试设备的阻抗相匹配，使精确测量变得容易。

65欧姆:这个阻抗最初是为四层PCB主板和大多数游戏机上的传输线指定的。当确定速度继续增加时需要阻抗控制时，通过测量典型四层PC主板上走线的阻抗，得出了阻抗，这有点偶然。有关这个主题的更详细的处理，请参阅参考资料1。

72 ~ 75欧姆:最初，电视天线安装在屋顶上，并使用300欧姆的双引线传输线与电视相连。这条双引线传输线没有屏蔽，所以很容易受到周围环境噪声的影响。需要屏蔽同轴电缆来解决这个问题。由于建造300欧姆的同轴电缆是不切实际的，因此使用2:1降压变压器将阻抗“转换”到75欧姆。从那时起，这种阻抗电缆已用于具有模拟信号的系统。

85欧姆:85欧姆的差分阻抗是由英特尔的工程师提出的，他们认为85欧姆的差分阻抗比100欧姆的差分阻抗误码率要低。这已被证明是不正确的。在本文的后面，将显示差分阻抗在pcb中是不必要的。

95欧姆:这个差分阻抗是通过测量一些USB电缆得出的，发现它们的差分阻抗集中在95欧姆左右。

100欧姆:早期的互联网是通过从电话供应商那里获得的双绞线连接的。最初，已经在建筑物中用于连接电话的双绞线用于将pc和其他终端设备连接到路由器、交换机和集线器。由于这些双绞线的差分阻抗恰好在100欧姆左右，因此这种阻抗在工业上得到了广泛的应用。

关于PCB上走线的差分对的观察

当差分对的成员在PCB上的一个平面上路由时，主伙伴是每个信号路由的平面。从参考文献2可以看出，差分对的每侧实际上是一个单端信号，并联于单端线路阻抗中。紧耦合有益的概念源于这种体系结构。事实恰恰相反。

紧密耦合带来了许多负面的副作用。这些缺点之一是，当一条走线非常靠近另一条走线时，每条走线都会导致另一条走线的阻抗下降，这就需要缩小走线以回到原来的目标阻抗，从而增加铜损耗。另一个负面影响是无法分离走线以通过引脚场，例如1mm间距的BGA，而不会遭受非常大的阻抗变化。

如果产品开发人员仍然不相信没有必要在PCB上布线具有差分阻抗和紧密耦合的差分对，他们所要做的就是参观任何会议，例如DesignCon，并查看许多展位的演示设置。差分对将分别用一根50欧姆的同轴电缆连接，通常相距很远。试图证明紧密耦合的好处是没有实际价值的。我们每天所做的数据速率高达32 Gb/s的设计是根据“不接近”规则完成的，以避免差分对的两个成员之间不必要的交互。

从上面的讨论中，应该清楚的是，差分对的每个成员，当在PCB上布线时，是一个单端信号，并联于线阻抗中，并且将它们紧密地布线到彼此之间没有任何好处。

选择阻抗

如果可以将PCB上的所有信号路由到一个阻抗，那么选择哪个阻抗最好?如上所述，在PCB上路由的所有信号实际上都是单端的，即使它们用于差分信号。由于我们现有的用于测量的所有测试设备都设计为输入和输出阻抗为50欧姆，其连接电缆为50欧姆，因此这是一个很好的目标阻抗。

图1所示。PCI驱动仿真驱动50欧姆传输线

图1描述了连接到50欧姆传输线的典型PCI驱动器的仿真。

图2。PCI驱动仿真驱动65欧姆传输线

图2是连接到65欧姆传输线的相同典型PCI驱动器的模拟。

可以看出在图2，信号差异很小，因此设计带有50欧姆传输线的PCI总线是可以接受的。

72至75欧姆传输线的主要应用是驱动或接收来自外部信号源(如电视或某些天线)的信号。这些信号几乎总是在PCB边缘的设备上终止。连接长度较短。如果这种连接是用50欧姆的走线完成的，将会有阻抗不连续。这种短暂的不连续性很少会导致信号的显著退化。如果担心这种不连续性会造成问题，可以对具有两种不同阻抗的信号路径进行模拟。这种短暂的不连续性很少会成为一个问题。因此，72至75欧姆走线是不必要的。

85欧姆差分阻抗实际上是两条42.5欧姆单端传输线。如前所述，这种奇怪的阻抗没有任何好处，因此将这些网络路由为两条50欧姆的线路是可以接受的，本质上是首选的。

95欧姆差分阻抗，即USB标准中的两条47.5欧姆单端线，公差为+/-15%。使用此公差，单端阻抗范围可以从40.375到54.625欧姆，因此50欧姆的传输线将满足标准。

前面指出，通过使用两条50欧姆的单端传输线可以实现100欧姆的差分阻抗。设计仅使用50欧姆传输线的PCB堆叠大大简化了过程，同时也确保在PCB生产线结束时验证阻抗是正确的。

结论

本文中列出的所有高速协议，除了Rambus，都可以在50欧姆的传输线上成功实现。这简化了PCB堆叠设计，使阻抗和其他测量更容易。

参考文献

1.Ritchey, Lee，“为什么PCI总线阻抗规范是65欧姆?”超速边缘，2009年1月。

2.Ritchey, Lee，“差分信号需要100欧姆差分阻抗吗?”超速边缘，2021年12月。

3.Ritchey, Lee，“紧耦合或松耦合最适合差分信号?”超速边缘，印刷电路设计与制造，2020年3月。