Per le tracce con una certa larghezza, tre fattori principali influenzeranno l'impedenza diPCBtracce. Innanzitutto l'EMI (interferenza elettromagnetica) del campo vicino della traccia PCB è proporzionale all'altezza della traccia dal piano di riferimento. Minore è l'altezza, minore è la radiazione. In secondo luogo, la diafonia cambierà in modo significativo con l'altezza della traccia. Se l'altezza viene ridotta della metà, la diafonia verrà ridotta a quasi un quarto. Infine, minore è l'altezza, minore è l'impedenza ed è meno suscettibile ai carichi capacitivi. Tutti e tre i fattori consentiranno al progettista di mantenere la traccia il più vicino possibile al piano di riferimento. Il motivo che impedisce di ridurre l'altezza della traccia a zero è che la maggior parte dei chip non può pilotare linee di trasmissione con un'impedenza inferiore a 50 ohm. (Un caso speciale di questa regola è Rambus che può pilotare 27 ohm e la serie BTL di National, che può pilotare 17 ohm). Non tutte le situazioni sono le migliori per usare 50 ohm. Ad esempio, la vecchissima struttura NMOS del processore 8080 funziona a 100 KHz senza problemi di EMI, crosstalk e carico capacitivo e non può pilotare 50 ohm. Per questo processore, un'elevata impedenza significa un basso consumo energetico e dovresti utilizzare il più possibile cavi sottili e ad alta impedenza. Va considerata anche una prospettiva puramente meccanica. Ad esempio, in termini di densità, la distanza tra gli strati di una scheda multistrato è molto piccola e il processo di larghezza della linea richiesto per un'impedenza di 70 ohm è difficile da ottenere. In questo caso, dovresti usare 50 ohm, che ha una larghezza della linea più ampia ed è più facile da produrre. Qual è l'impedenza del cavo coassiale? Nel campo RF, i problemi considerati non sono gli stessi di quelli considerati nei PCB, ma anche i cavi coassiali nell'industria RF hanno un intervallo di impedenza simile. Secondo la pubblicazione IEC (1967), 75 ohm è uno standard di impedenza comune per i cavi coassiali (nota: l'aria è usata come strato isolante) perché è possibile abbinare alcune comuni configurazioni di antenna. Definisce inoltre un cavo da 50 ohm a base di polietilene solido, perché quando lo strato schermante esterno con diametro fisso e costante dielettrica è fissato a 2,2 (la costante dielettrica del polietilene solido), la perdita per effetto pelle di impedenza di 50 ohm è la più piccola. Puoi provare dalla fisica di base che 50 ohm sono i migliori. La perdita per effetto pelle del cavo L (in decibel) è proporzionale alla resistenza totale per effetto pelle R (lunghezza unitaria) divisa per l'impedenza caratteristica Z0. La resistenza totale dell'effetto pelle R è la somma della resistenza dello strato schermante e del conduttore intermedio. La resistenza all'effetto pelle dello strato schermante è inversamente proporzionale al suo diametro d2 alle alte frequenze. La resistenza all'effetto pelle del conduttore interno di un cavo coassiale è inversamente proporzionale al suo diametro d1 alle alte frequenze. La resistenza totale in serie R è quindi proporzionale a (1/d2 +1/d1). Combinando questi fattori, data d2 e la corrispondente costante dielettrica ER del materiale isolante, è possibile utilizzare la seguente formula per ridurre la perdita di effetto pelle. In qualsiasi libro di base sui campi elettromagnetici e le microonde, puoi trovare che Z0 è una funzione di d2, d1 ed ER (nota: la permittività relativa dello strato isolante). Metti l'equazione 2 nell'equazione 1 e il numeratore e il denominatore vengono moltiplicati per d2. , Dopo aver selezionato la formula 3, il termine costante (/60)*(1/d2) viene separato e il termine effettivo ((1+d2/d1)/ln(d2/d1)) determina il punto minimo. Dai un'occhiata più da vicino al punto minimo della formula nella formula 3, che è controllato solo da d2/d1 e non ha nulla a che fare con ER e il valore fisso d2. Prendi d2/d1 come parametro e traccia un grafico per L. Quando d2/d1=3,5911 (Nota: risolvi un'equazione trascendentale), ottieni il valore minimo. Assumendo che la costante dielettrica del polietilene solido sia 2,25 e d2/d1=3,5911, l'impedenza caratteristica è 51,1 ohm. Molto tempo fa, gli ingegneri radiofonici, per comodità, hanno approssimato questo valore a 50 ohm come valore ottimale per i cavi coassiali. Ciò dimostra che intorno a 0 ohm, L è il più piccolo. Ma questo non pregiudica l'uso di altre impedenze. Ad esempio, se si realizza un cavo da 75 ohm 5 con lo stesso diametro di schermatura (Nota: d2) e isolante (Nota: ER), la perdita dell'effetto pelle aumenterà del 12%. Per diversi isolanti, l'impedenza ottimale generata dal rapporto ottimale d2/d1 sarà leggermente diversa (Nota: ad esempio, l'isolamento dell'aria corrisponde a circa 77 ohm e il tecnico sceglie un valore di 75 ohm per un facile utilizzo). Altri supplementi: la derivazione sopra spiega anche perché la superficie tagliata del cavo TV da 75 ohm è una struttura a nucleo cavo a forma di loto mentre il cavo di comunicazione da 50 ohm è un nucleo solido. C'è anche un promemoria importante. Finché la situazione economica lo consente, provare a scegliere un cavo con un diametro esterno grande (Nota: d2). Oltre ad aumentare la resistenza, il motivo principale è che maggiore è il diametro esterno, maggiore è il diametro interno (rapporto ottimale di diametro d2) /d1), la perdita RF del conduttore è ovviamente minore. Perché 50 ohm sono diventati lo standard di impedenza per le linee di trasmissione RF? Bird Electronics fornisce una delle versioni più diffuse della storia, da "Cable: Potrebbero esserci molte storie sull'origine dei 50 ohm" di Harmon Banning. Agli albori delle applicazioni a microonde, durante la seconda guerra mondiale, la scelta dell'impedenza dipendeva completamente dalle esigenze di utilizzo. Per l'elaborazione ad alta potenza, venivano spesso utilizzati 30 ohm e 44 ohm. D'altra parte, l'impedenza della linea riempita d'aria con la perdita più bassa è di 93 ohm. In quegli anni, per le frequenze più alte che venivano usate raramente, non esistevano cavi flessibili flessibili, solo condotti rigidi riempiti di mezzo d'aria. I cavi semirigidi sono nati all'inizio degli anni '50 e i veri cavi flessibili per microonde sono apparsi circa 10 anni dopo. Con il progresso della tecnologia, è necessario fornire standard di impedenza per trovare un equilibrio tra economia e convenienza. Negli Stati Uniti, 50 ohm è una scelta di compromesso; affinché l'esercito e la marina congiunti risolvessero questi problemi, fu istituita un'organizzazione chiamata JAN, che in seguito fu DESC, sviluppata appositamente da MIL. L'Europa ha scelto 60 ohm. In effetti, il condotto più comunemente usato negli Stati Uniti è costituito da aste e tubi dell'acqua esistenti e 51,5 ohm è molto comune. È strano vedere e utilizzare un adattatore/convertitore da 50 ohm a 51,5 ohm. Alla fine hanno vinto 50 ohm e sono stati realizzati speciali condotti (o forse i decoratori hanno leggermente cambiato il diametro dei loro tubi). Subito dopo, sotto l'influenza di un'azienda dominante nel settore come Hewlett-Packard, anche gli europei furono costretti a cambiare. 75 ohm è lo standard per le comunicazioni a lunga distanza. Trattandosi di una linea di riempimento dielettrico, la perdita più bassa si ottiene a 77 ohm. 93 ohm è stato utilizzato per connessioni brevi, come il collegamento di un computer host e di un monitor. La sua caratteristica a bassa capacità riduce il carico sul circuito e consente connessioni più lunghe; i lettori interessati possono fare riferimento alla MIT RadLab Series, Volume 9, che contiene C'è una descrizione più dettagliata.
