PCB izi, uzunluk ve sinyal frekansından bağımsız olarak 50 ohm empedansa nasıl sahip olabilir?

Hmm, bu sadece hat empedansları üzerine başka bir soru gibi görünüyor.

"İletim hattı" etkileri derken, çapraz konuşma, yansıma ve zil sesi gibi şeylerden bahsettiğimizi anlıyorum (sanırım bununla ilgili). Bu etkiler, PCB izinin "ideal" bir iletim ortamı gibi davrandığı düşük frekanslarda bulunmaz, daha çok okulun ilk günlerinde telin davranmasını bekleriz gibi.

Ayrıca 50 ohm değerinin çok küçük ve 1 ohm'dan daha düşük olan çizgi direncinden gelmediğini de biliyorum. Bu değer hattaki L ve C oranından gelir. Yer düzleminin üzerindeki iz yüksekliğini değiştirerek C değiştirme veya iz genişliğini değiştirerek L değiştirerek hattın empedansını değiştirir.

Hepimiz L ve C'nin tepkimesinin sinyal frekansına da bağlı olduğunu biliyoruz. Şimdi benim sorularım:

1. Neden bunu sadece hat empedansı yerine hat reaktansı olarak adlandırmıyoruz?

2. Sadece 50 ohm nasıl olabilir? Sinyal frekansına bağlı değil mi? 1 MHz'de örneğin 50 ohm

3. Bunun yerine 100 ohm veya 25 ohm izleme yapmayı seçersem dünya bitecek mi? Sihirli bir sayı olarak 50 ohm demekten hoşlanırken, 50 ohm civarında bir aralıkta olacağını ve tam olarak 50.0000 ohm aralığında olacağını biliyorum.

4. Bir PCB izinin gerçek direncinin önemli olabileceği herhangi bir zaman var mı?

Bir iletim hattı için formüle ve eşdeğer devreye bakalım.

(1) Reaktanstan ziyade empedans.

$R,L$$C$

$50\Omega$$R << j\omega L$$G \to 0$$\sqrt{L/C}$

$167\Omega$

$R$

Bir iletim hattı tüm uzunluğu boyunca endüktans ve kapasitans dağıttı. Bunu, hat boyunca sonsuz sayıda küçük indüktör ve kondansatör olarak düşünebiliriz:

^{bu devreyi simüle et - CircuitLab kullanılarak oluşturulan şematik}

Her indüktör, kondansatörün yüklenme hızını sınırlamaya yarar. Ancak, çizgiyi giderek daha fazla parçaya böldüğümüzde, indüktörler ve kapasitörler her biri daha küçük hale gelir. Yani, bunların sayısı önemli mi? İletim hattını istediğimiz ancak segmentten sonsuza kadar birçok kesime bölmeyi seçebiliriz. Böylece kapasitörleri ve indüktörleri keyfi olarak küçük hale getirebiliriz.

Bu nedenle, bu indüktörlerin ve kapasitörlerin değeri önemli olmamalıdır. Aslında, önemli olan endüktansın kapasitansa oranıdır , çünkü iletim hattı bölündükçe bu değişmez. Ve eğer karakteristik empedans, çizgi bölündükçe değişmezse, daha uzun yaptıkça değişmez.

Phil'in söylediklerine ekleyerek:

Şimdi, bu uzun indüktör ve kondansatör zincirindeki her şeyin 0 Volt ve Amperde başladığını hayal edin, o zaman bir ucuna bir voltaj adımı koydunuz. İndüktörlerin kapasitörlerin yüklenme şeklini yavaşlatmaları, koyduğunuz gerilimle orantılı olacak sabit bir akım akacaktır. Gerilim ve o gerilime orantılı bir akımınız olduğundan, ikisini bulmak için iki bölmeyi bölebilirsiniz. direnç bu sonsuz iletim hattı taklit eder. Aslında, ideal bir sonsuz iletim hattı için, iletim hattı ile bir direnç arasındaki farkı dışardan söyleyemezsiniz.

Bununla birlikte, bu işlem yalnızca voltaj adımı iletim hattında ilerlemeye devam ederse işe yarar. Ancak, ve işte burada aha , kısa bir çizginiz varsa ancak sonuna kadar karakteristik direncin bir direncini koyarsanız, diğer ucunda sonsuz bir iletim çizgisi gibi görünecektir. Bunu yapmak , iletim hattını sonlandırmak olarak adlandırılır .

Jim'in çok iyi bir cevabı vardı. Bununla birlikte, birkaçı genişletmek için:

2) 50 Ohm, 50 Ohm'dur (bir çeşit). Bir malzemenin dielektrik sabiti, biraz frekansa bağlıdır. Bu nedenle, 1 GHz için seçtiğiniz iz yüksekliği ve genişliği 10 GHz'de biraz farklı bir empedans olacaktır (fark için endişelenmeniz gerekiyorsa, muhtemelen farkı zaten biliyorsunuzdur!)

4) Standart PCB FR4 malzemesi için dielektrik kaybı 0,5 ila 1 GHz civarında bir endişe haline gelecektir. DİRENÇ, bununla birlikte, daha yüksek akım çizgileriniz olduğunda önem kazanır. Örneğin: 1 Amp uzunluğunda 6 mil genişliğinde 1 oz bakır izinde 1 Amp varsa, bu .1 Ohm dirençtir. Yaklaşık 0.1V ve yaklaşık 60 ° C sıcaklıkta bir düşüşe sahip olacaksınız. Eğer bu 0.1V düşüşü kaldıramazsanız, izini genişletmeniz veya bakırı kalınlaştırmanız gerekir.

Genel kural olarak, 1 inç'in altında uzunluklarınız varsa, çoğu DC direnci dikkate alınmaz.

Bir (ideal) iletim hattının etkin empedansının neden sabit olduğunu gösteren basit bir el sallayarak açıklama vardır. Diğer açıklamalar, iletim hattı modelinde Li ve Ci'yi nasıl "seçtiğimiz" konusunda kafa karışıklığı yaratıyor. Bu Li ve Ci tam olarak nedir?

Birincisi, bir kez "iletim hattı" dediğimizde uzun tellerden bahsediyoruz. Ne kadar? Hat boyunca iletilen elektromanyetik bir dalganın uzunluğundan daha uzun. Bu nedenle ya çok uzun çizgilerden (mil ve mil) ya da çok yüksek frekanslardan bahsediyoruz. Ancak iz uzunluğuna göre dalga boyu kavramı temel olarak önemlidir.

Şimdi, insanların bahsettiği gibi, bir iz, uzunluk birimi başına belirli bir endüktansa ve buna karşılık olarak yine belirli uzunluklara orantılı olan belirli kapasitansa sahiptir . Bu L ve C, birim uzunluk başına endüktans ve kapasitanstır . Dolayısıyla, bir tel parçasının gerçek endüktansı L = L * uzunluk olacaktır; C için aynı .

Şimdi ize gelen sinüs dalgasını düşünün. Dalgalar ışık hızında yayılır (özellikle dielektrik / hava ortamı yaklaşık 150ps / inç'tir). Her bir anda ve her anda, belirli yük sapması (dalga formu), bu dalganın karşılık gelen uzunluğuna eşit bir tel bölümü ile etkileşime girer. Daha yavaş frekanslar daha uzun dalga boylarına sahipken, daha hızlı frekans bileşenleri orantılı olarak daha kısa uzunluklara sahiptir. Peki neyimiz var? Daha uzun dalgalar, daha uzun bir iz ve dolayısıyla daha büyük L ve daha büyük kapasitans C "görür" . Daha kısa (daha yüksek frekans) dalgalar daha kısa etkili hat uzunluğunu "görür" ve bu nedenle daha küçük L ve C'dir . Yani, hem etkili L ve Cdalga boyu ile orantılıdır. Çizginin empedansı Z0 = SQRT ( L / C ) olduğundan, L ve C'nin uzunluğa olan bağımlılığı iptal edilir ve bu nedenle farklı frekanslardaki dalgaların aynı etkin empedansı Z0 "görmeleri" nedeni budur.