Karakteristik empedanslar neden sadece izler dalga boyunun yarısından daha uzunsa önemlidir?

İzlerin karakteristik empedansları, izler dalga boyunun yarısından daha kısa olduğunda neden göz önüne alınmaz? İğne delikleri dalga boyunun yarısından küçük olduğunda meydana gelen ışık kırınımında da aynı sorunu yaşadım - bu bir şekilde mantıklı geliyor, ama onu “göremiyorum”, dalga boylarının yansımalar ile nasıl ilişkili olduğunu anlamıyorum (empedans eşleşmesini önemsememizin tek nedenleri olduğunu varsayıyorum). Okyanus dalgası analojisini çalıştırmaya çalışıyorum ama ... Şey, bunu sormam gerçeği her şeyi söylüyor.

Biraz alçakgönüllü öz terfi: Online İsale Hattı Simülasyonu

İletim hattı uzunluğunun sinyal frekansına göre ayarlanması, zaman gecikmesi ( tDelay) ile yükselme zamanının ( tRise) ayarlanmasına eşdeğerdir .

Bazı ilginç parametreler: ayarlayın tDelay=tRise/10. Bu, dalga boyunun iletim hattından çok daha uzun olduğu durumdur. Kırmızı izin, 1V zirvesindeki "açık" seviyesine ulaşmadan önce uzak uçtan defalarca yansıyacağına dikkat edin. Bununla birlikte, her yansıma nispeten küçüktür, çünkü kırmızı izin solundaki voltaj sürücü seviyesinden (mavi iz) önemli ölçüde farklı değildir. Sinyal, ayırma mesafesinin hiçbir zaman çok önemli olmadığı kadar hızlı bir şekilde hedefe yayılabildi.

Şimdi bir söz ile tekrarlayın tDelay=tRise/2. Sürücü kaynağı voltajının kırmızı uyumsuz sonlandırma voltajından ayrılmasının önemli ölçüde daha fazla olduğuna dikkat edin. Sinyal nihayet iletim hattının sonuna ulaştığında, yansıma oldukça şiddetlidir. Alıcının sürücü voltajı olduğunu düşündüğü ile gerçek sürücü voltajı arasındaki uyumsuzluk, yansımaların büyüklüğünü belirler. Tekrarlanan yansımalar, yansıma çizginin kaynak seviyesini aşırı çekmesine neden olduğu için gelir, ancak ilk yansımadan daha küçüktür. Sinyal, seviye kaynak voltajına yaklaşıncaya kadar tekrar tekrar yansır.

1/4 dalga boyu izi veya daha kısa da önemli bir etkiye sahip olabilir. Duyduğum ve kullandığım genel kural, uzunluğu 1/10 veya 1/20 dalgaboyu altındayken iletim hattı etkilerini muhtemelen ihmal edebileceğinizdir.

Basit bir örnek olarak, açık devreli 1/4 dalga boyu çizgisini sonlandırdığınızı ve onu tek frekanslı bir kaynakla sürdüğünüzü söyleyin. Sinyal kaynağa geri yansıdıktan sonra (1/4 dalga boyu uzakta), açık devre yerine kısa devre kullanıyor gibi kaynağa bakacaktır. Bu oldukça önemli bir etki.

Dijital tasarımdaki daha genel durumlar için, çizgiyi 50 ohm olarak tasarlar ve çizgiyi 50 ohm ile sonlandırırsınız, ancak çizginin gerçek karakteristik empedansı üretimde 45 ile 55 ohm arasında değişebilir. Sinyal bütünlüğü üzerindeki etkisinin ne kadar büyük olacağını bilmek istersiniz.

Eğer çizgi uzunsa, sinyal sonuna kadar yayılır ve geriye yansır. Sonra tekrar kaynağa geri döner (hiç uyuşmuyor olabilir) ve tekrar yansıtır. Ve bunun gibi. Bu, yükte her yükselen ve düşen kenarda önemli bir halka olan bir voltaj üretir. Bu yüzüğün tükenmesi için geçen süre, eğer iz daha uzunsa, bu yansımaların ileri geri yayılması zaman alır çünkü daha uzun olur.

Öte yandan, eğer hat çok kısa ise (dijital sinyallerin yükselmesi ve düşmesiyle ilgili "kritik frekansta" 1/10 dalga boyundan daha azsa), bu yansımalar yükselme süresi içinde veya düşen kenar hala devam etmektedir ve yükte çok fazla halka (aşma veya indirme) üretmez.

Bu nedenle, iz uzunluğu dalga boyunun küçük bir kesimi olduğunda empedans kontrolünün gerekli olmadığına dair bir kural alırsınız.

İzlere kıyasla uzun dalga boyu aslında izler boyunca çok az voltaj olduğu anlamına gelir - bir uç her zaman diğer uçla neredeyse aynı voltajdır (sinyalin büyüklüğüne kıyasla), böylece yansımaların etkisi minimumdur.

@ThePhoton'un dediği gibi 1/10 veya 1/20 dalga boyunu 1/4 değil düşünmelisiniz.

Dar bir derin tanktaki su dalgalarını düşünüyorsanız ve bir taraf diğerinden çok daha yüksek olamazsa (dalga boyunun 10 katı), tanktaki suyu yükseltmek ve düşürmek gibidir.

Sonlandırılmamış bir çeyrek dalgalı kablo kısa devre şeklinde görünecektir ve bunun açık nedenlerden dolayı kaçınılması gerekir. Kablo uzunluğu azaldıkça, sinyal spektrumunuzun yüksek frekanslı kısımları için işler daha iyi hale gelir ve genellikle yaklaşık bir dalga boyu sonunun yaklaşık onda biri tarafından unutulur.

Açık uçlu bir çizgi, uzunluğu uygulanan voltajın çeyrek dalga boyuyla eşleştirildiğinde şöyle görünür: -

http://www.ibiblio.org/kuphaldt/electricCircuits/AC/02383.png

Ve, gerçekten bu konuda daha fazla bilgi edinmek istiyorsanız, bu site yardımcı olabilir