W przypadku śladów o określonej szerokości trzy główne czynniki będą miały wpływ na impedancjęPCBślady. Przede wszystkim EMI (zakłócenia elektromagnetyczne) bliskiego pola śladu płytki PCB jest proporcjonalne do wysokości śladu od płaszczyzny odniesienia. Im niższa wysokość, tym mniejsze promieniowanie. Po drugie, przesłuchy zmienią się znacząco wraz z wysokością śladu. Jeśli wysokość zostanie zmniejszona o połowę, przesłuch zostanie zmniejszony do prawie jednej czwartej. Wreszcie, im niższa wysokość, tym mniejsza impedancja i jest mniej podatna na obciążenia pojemnościowe. Wszystkie trzy czynniki pozwolą projektantowi zachować ślad jak najbliżej płaszczyzny odniesienia. Powodem, który uniemożliwia zredukowanie wysokości śladu do zera jest to, że większość chipów nie może sterować liniami transmisyjnymi o impedancji mniejszej niż 50 omów. (Szczególnym przypadkiem tej reguły jest Rambus, który może wysterować 27 omów, oraz seria National's BTL, która może wysterować 17 omów). Nie we wszystkich sytuacjach najlepiej jest używać 50 omów. Na przykład bardzo stara struktura NMOS procesora 8080 działa z częstotliwością 100 kHz bez problemów EMI, przesłuchów i obciążenia pojemnościowego i nie może wysterować 50 omów. W przypadku tego procesora wysoka impedancja oznacza niski pobór mocy i należy w miarę możliwości używać cienkich przewodów o wysokiej impedancji. Należy również wziąć pod uwagę perspektywę czysto mechaniczną. Na przykład, pod względem gęstości, odległość między warstwami płytki wielowarstwowej jest bardzo mała, a proces szerokości linii wymagany dla impedancji 70 omów jest trudny do osiągnięcia. W takim przypadku powinieneś użyć 50 omów, które mają szerszą linię i są łatwiejsze w produkcji. Jaka jest impedancja kabla koncentrycznego? W dziedzinie RF rozważane problemy nie są takie same, jak w przypadku płytek drukowanych, ale kable koncentryczne w branży RF również mają podobny zakres impedancji. Zgodnie z publikacją IEC (1967), 75 omów jest powszechnym standardem impedancji dla kabli koncentrycznych (uwaga: powietrze jest używane jako warstwa izolacyjna), ponieważ można dopasować niektóre typowe konfiguracje anten. Definiuje również kabel 50 omów oparty na litym polietylenie, ponieważ gdy zewnętrzna warstwa ekranująca o stałej średnicy i stałej dielektrycznej jest ustalona na 2,2 (stała dielektryczna litego polietylenu), strata na skutek naskórkowości przy impedancji 50 omów jest najmniejsza. Możesz udowodnić na podstawie podstawowej fizyki, że 50 omów jest najlepsze. Strata naskórkowa kabla L (w decybelach) jest proporcjonalna do całkowitej rezystancji naskórkowej R (jednostkowa długość) podzielonej przez charakterystyczną impedancję Z0. Całkowita rezystancja naskórkowa R jest sumą rezystancji warstwy ekranującej i przewodu pośredniego. Odporność warstwy ekranującej na efekt naskórkowości jest odwrotnie proporcjonalna do jej średnicy d2 przy wysokich częstotliwościach. Rezystancja naskórkowości przewodu wewnętrznego kabla koncentrycznego jest odwrotnie proporcjonalna do jego średnicy d1 przy wysokich częstotliwościach. Całkowita rezystancja szeregowa R jest zatem proporcjonalna do (1/d2 + 1/d1). Łącząc te czynniki, biorąc pod uwagę d2 i odpowiednią stałą dielektryczną ER materiału izolacyjnego, można użyć następującego wzoru, aby zmniejszyć utratę efektu naskórkowości. W każdej podstawowej książce o polach elektromagnetycznych i mikrofalach można znaleźć, że Z0 jest funkcją d2, d1 i ER (uwaga: względna przenikalność cieplna warstwy izolacyjnej). Umieść równanie 2 w równaniu 1, a licznik i mianownik pomnóż przez d2. , Po uporządkowaniu formuły 3, składnik stały (/60)*(1/d2) jest oddzielany, a składnik efektywny ((1+d2/d1)/ln(d2/d1)) określa punkt minimum. Przyjrzyj się bliżej minimalnemu punktowi wzoru we wzorze 3, który jest kontrolowany tylko przez d2/d1 i nie ma nic wspólnego z ER i stałą wartością d2. Weź d2/d1 jako parametr i narysuj wykres dla L. Gdy d2/d1=3,5911 (Uwaga: Rozwiąż równanie transcendentalne), uzyskaj wartość minimalną. Zakładając, że stała dielektryczna stałego polietylenu wynosi 2,25 i d2/d1=3,5911, impedancja charakterystyczna wynosi 51,1 oma. Dawno temu, dla wygody, radiotechnicy zbliżyli tę wartość do 50 omów jako wartość optymalną dla kabli koncentrycznych. To dowodzi, że około 0 omów L jest najmniejsze. Ale to nie wpływa na wykorzystanie innych impedancji. Na przykład, jeśli wykonasz kabel 75 omów 5 z tą samą średnicą ekranu (Uwaga: d2) i izolatorem (Uwaga: ER), strata efektu naskórkowości wzrośnie o 12%. Dla różnych izolatorów optymalna impedancja generowana przez optymalny stosunek d2/d1 będzie nieco inna (Uwaga: Na przykład izolacja powietrzna odpowiada około 77 omom, a inżynier wybiera wartość 75 omów dla łatwego użycia). Inne dodatki: Powyższe wyprowadzenie wyjaśnia również, dlaczego powierzchnia cięcia 75-omowego kabla telewizyjnego jest konstrukcją z pustym rdzeniem w kształcie lotosu, podczas gdy 50-omowy kabel komunikacyjny jest rdzeniem litym. Jest też ważne przypomnienie. Dopóki pozwala na to sytuacja ekonomiczna, staraj się wybierać kabel o dużej średnicy zewnętrznej (uwaga: d2). Oprócz zwiększenia wytrzymałości, głównym powodem jest to, że im większa średnica zewnętrzna, tym większa średnica wewnętrzna (optymalny stosunek średnicy d2) /d1), a strata RF przewodnika jest oczywiście mniejsza. Dlaczego 50 omów stało się standardem impedancji dla linii transmisyjnych RF? Firma Bird Electronics dostarcza jedną z najbardziej rozpowszechnionych wersji tej historii, z książki Harmon Banning „Cable: Może być wiele historii o pochodzeniu 50 omów”. We wczesnych dniach zastosowań mikrofalowych, w czasie II wojny światowej, wybór impedancji był całkowicie zależny od potrzeb użytkowania. Do przetwarzania dużej mocy często używano 30 omów i 44 omów. Z drugiej strony impedancja linii wypełnionej powietrzem o najniższych stratach wynosi 93 omy. W tamtych latach dla wyższych częstotliwości, które były rzadko używane, nie było elastycznych elastycznych kabli, tylko sztywne kanały wypełnione medium powietrznym. Kable półsztywne narodziły się na początku lat pięćdziesiątych, a prawdziwe giętkie kable mikrofalowe pojawiły się około 10 lat później. Wraz z postępem technologii należy określić standardy impedancji, aby znaleźć równowagę między oszczędnością a wygodą. W Stanach Zjednoczonych 50 omów to wybór kompromisowy; dla wspólnej armii i marynarki wojennej, aby rozwiązać te problemy, utworzono organizację o nazwie JAN, która później została nazwana DESC, specjalnie opracowana przez MIL. Europa wybrała 60 omów. W rzeczywistości najczęściej używany przewód w Stanach Zjednoczonych składa się z istniejących prętów i rur wodociągowych, a 51,5 omów jest bardzo powszechne. Dziwnie jest widzieć i używać adaptera/konwertera od 50 omów do 51,5 omów. Ostatecznie wygrało 50 omów i wyprodukowano specjalne przewody (a może dekoratorzy nieco zmienili średnicę swoich rurek). Niedługo potem, pod wpływem dominującej w branży firmy, takiej jak Hewlett-Packard, do zmian zmuszeni zostali również Europejczycy. 75 omów to standard komunikacji na duże odległości. Ponieważ jest to dielektryczna linia napełniająca, najmniejszą stratę uzyskuje się przy 77 omach. 93 ohm zostało użyte do krótkiego połączenia, takiego jak podłączenie hosta komputera i monitora. Jego niska pojemność zmniejsza obciążenie obwodu i umożliwia dłuższe połączenia; Zainteresowani czytelnicy mogą zapoznać się z MIT RadLab Series, Volume 9, który zawiera bardziej szczegółowy opis.
