Как трассировка печатной платы может иметь сопротивление 50 Ом независимо от длины и частоты сигнала?

Хм, это, кажется, еще один вопрос о импедансе линии.

Я понимаю, что когда мы говорим «эффекты линии передачи», мы говорим о вещах, таких как перекрестный разговор, размышления и звон (я думаю, это именно так). Эти эффекты отсутствуют на низких частотах, где следы ПХД ведут себя как «идеальная» среда передачи, больше похоже на то, что проволока будет вести себя в наши ранние школьные дни.

Я также понимаю, что значение 50 Ом происходит не от сопротивления линии, которое будет очень маленьким и меньше 1 Ом. Это значение получается из отношения L и C на линии. Изменение C путем изменения высоты трассы над землей или изменения L путем изменения ширины трассы должно изменять импеданс линии.

Мы все знаем, что реактивность L и C также зависит от частоты сигнала. Теперь мои вопросы:

  1. Почему мы не должны называть это как сопротивление линии, а не сопротивление линии?

  2. Как это может быть всего 50 Ом? Он должен быть зависимым от частоты сигнала правильно? Например, 50 Ом на частоте 1 МГц

  3. Будет ли конец света, если я предпочел бы сделать трассировку 100 Ом или 25 Ом? Я знаю, что, хотя мы любим говорить 50 ом как волшебное число, оно будет в пределах диапазона около 50 Ом, а не 50.0000 Ом точно.

  4. Есть ли время, когда фактическое сопротивление трассы печатной платы может иметь значение?

45 голосов | спросил quantum231 9 J000000Tuesday13 2013, 15:08:33

5 ответов


35

Посмотрим на формулу и эквивалентную схему для линии передачи.

Введите описание изображения здесь>> </p>

<p> (1) Импеданс, а не реактивность. </p>

<p> Реакция относится к противодействию изменению тока (индуктивности) или напряжения (для конденсатора) - отдельных компонентов. Линия передачи имеет компоненты \ $ R, L \ $ и \ $ C \ $ - импеданс - это отношение фазового напряжения к текущему фазору. </p>

<p> (2) Это \ $ 50 \ Omega \ $, потому что отношение индуктивности к емкости на единицу длины дает это значение. Как \ $ R <j \ omega L \ $ и \ $ G \ to 0 \ $, эти значения можно игнорировать, и поэтому выражение сводится к \ $ \ sqrt {L /C} \ $ (не зависит от частоты). </p>

<p> (3) Нет, но, как правило, неплохо держать вещи как можно более стандартными. Вам может быть сложно найти подходящий разъем для вашей линии передачи \ $ 167 \ Omega \ $. Существует также много информации для проектирования линий <strong> стандартных </strong> линий на печатных платах и ​​т. Д. Волшебное число в моей книге - 376.73031 ... полное сопротивление свободного места. Теперь без этого мы будем жить в другой вселенной. </p>

<p> (4) Возвращаясь к формуле. На низких частотах \ $ R \ $ может быть значительным, поскольку реактивность катушки индуктивности будет малой). На очень высоких частотах диэлектрические потери могут стать значительными. </p></body></html>

ответил JIm Dearden 9 J000000Tuesday13 2013, 15:54:44
26

Линия передачи имеет распределенную индуктивность и емкость по всей ее длине. Мы можем думать об этом как о бесконечном числе маленьких индукторов и конденсаторов вдоль линии:

schematic

имитировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab

Каждый индуктор служит для ограничения скорости зарядки конденсатора. Но, поскольку мы делим линию на все более много частей, индукторы и конденсаторы становятся меньше. Значит, число их имеет значение? Мы можем разделить линию передачи на сколько угодно сегментов, от одного до бесконечности. Таким образом, мы можем сделать конденсаторы и индукторы сколь угодно малыми.

Таким образом, значение этих индукторов и конденсаторов не должно иметь значения. В самом деле, важно только соотношение индуктивности к емкости, поскольку это не изменяется по мере разделения линии передачи. И если характеристический импеданс не меняется по мере разделения линии, это также не меняет, поскольку мы делаем это дольше.

ответил Phil Frost 9 J000000Tuesday13 2013, 16:53:04
18

Добавление к тому, что сказал Фил:

Теперь представьте, что все начинается с 0 вольт и усилителей в этой длинной цепи индукторов и конденсаторов, тогда вы помещаете шаг напряжения в один конец. То, как индукторы замедляют работу конденсаторов, будет протекать постоянный ток, который будет пропорционален напряжению, которое вы вставляете. Поскольку у вас есть напряжение и ток, пропорциональный этому напряжению, вы можете разделить эти два, чтобы найти сопротивление этой бесконечной линии передачи имитирует. Фактически, для идеальной бесконечной линии передачи вы не можете определить разницу между линией передачи и резистором снаружи.

Однако это все работает только в том случае, если шаг напряжения может продолжать распространяться по линии передачи. Но, и вот момент aha , если у вас короткая линия, но поместил резистор характеристического сопротивления на его конец, он будет казаться бесконечной линией передачи на другом конце. Это называется завершением линии передачи.

ответил Olin Lathrop 9 J000000Tuesday13 2013, 17:12:42
11

У Джима был очень хороший ответ. Однако, чтобы развернуть несколько:

2) 50 Ом - 50 Ом (вид). Диэлектрическая проницаемость материала слабо зависит от частоты. Таким образом, высота и ширина трассы, которые вы выбираете для 1 ГГц, будут немного отличаться от импеданса на частоте 10 ГГц (если вам нужно беспокоиться об этой разнице, вы, вероятно, уже знаете о различии!)

4) Для стандартного материала PCB FR4 диэлектрические потери станут проблемой около 0,5-1 ГГц. Однако резистентность становится важной, когда у вас более высокие токовые линии. Например: Если у вас есть 1 Amp, идущий на 6 миллиметровую ширину 1 oz меди на 1 дюйм длины, это 1 Ом сопротивления. У вас будет падение около 0,1 В и температура около 60 градусов. Если вы не можете справиться с этим уменьшением на 0.1 В, вам необходимо явно увеличить трассировку или сгустить медь.

Как правило, если вы имеете длину менее 1 дюйма, большинство сопротивлений постоянного тока можно игнорировать.

ответил scld 9 J000000Tuesday13 2013, 16:20:37
3

Существует простое объяснение, объясняющее, почему эффективный импеданс (идеальной) линии передачи является константой. Другие объяснения оставляют некоторую путаницу в отношении того, как мы «выбираем» Li и Ci в модели линии передачи. Каковы эти Ли и Ци?

Сначала, когда мы говорим «линия передачи», мы говорим о длинных проводах. Сколько? Дольше, чем длина электромагнитной волны, которая передается по линии. Поэтому мы говорим либо о очень длинных линиях (мили и мили), либо о очень высоких частотах. Но принципиальное значение имеет понятие длины волны относительно длины трассы.

Теперь, как говорили люди, след имеет определенную индуктивность на единицу длины и, соответственно, определенную емкость, снова пропорциональна длине . Эти L и C являются индуктивностью и емкостью на единицу длины . Таким образом, фактическая индуктивность проволочного сегмента будет L = L * length; тот же для C .

Теперь рассмотрим синус-волну, входящую в след. Волны распространяются со скоростью света (в частности, диэлектрические /воздушные среды - около 150ps /inch). В каждом и каждом моменте особое отклонение заряда (форма волны) взаимодействует с сечением провода, равным соответствующей длине этой волны. Более медленные частоты имеют более длинные длины волн, а более быстрые частотные компоненты имеют пропорционально меньшую длину. Итак, что у нас есть? Более длинные волны «видят» более длинный след и, следовательно, большую L и большую емкость C . Более короткие (высокочастотные) волны «видят» более короткую эффективную длину линии и, следовательно, меньше L и C . Таким образом, эффективные L и C пропорциональны длине волны. Поскольку импеданс линии равен Z0 = SQRT ( L /C ), зависимость L и C от длины отменяет , и именно поэтому волны с разными частотами «видят», тот же самый эффективный импеданс Z0.

ответил Ali Chen 7 12016vEurope/Moscow11bEurope/MoscowMon, 07 Nov 2016 05:37:51 +0300 2016, 05:37:51

Похожие вопросы

Популярные теги

security × 330linux × 316macos × 2827 × 268performance × 244command-line × 241sql-server × 235joomla-3.x × 222java × 189c++ × 186windows × 180cisco × 168bash × 158c# × 142gmail × 139arduino-uno × 139javascript × 134ssh × 133seo × 132mysql × 132