Pentru urme cu o anumită lățime, trei factori principali vor afecta impedanțaPCBurme. În primul rând, EMI (interferența electromagnetică) a câmpului apropiat al urmei PCB este proporțională cu înălțimea urmei din planul de referință. Cu cât înălțimea este mai mică, cu atât radiația este mai mică. În al doilea rând, diafonia se va schimba semnificativ odată cu înălțimea urmei. Dacă înălțimea este redusă la jumătate, diafonia va fi redusă la aproape un sfert. În cele din urmă, cu cât înălțimea este mai mică, cu atât impedanța este mai mică și este mai puțin susceptibilă la sarcini capacitive. Toți cei trei factori vor permite proiectantului să păstreze urma cât mai aproape de planul de referință. Motivul care vă împiedică să reduceți înălțimea urmei la zero este că majoritatea cipurilor nu pot conduce linii de transmisie cu o impedanță mai mică de 50 ohmi. (Un caz special al acestei reguli este Rambus care poate conduce la 27 ohmi și seria BTL de la National, care poate conduce la 17 ohmi). Nu toate situațiile sunt cele mai bune pentru a utiliza 50 ohmi. De exemplu, structura NMOS foarte veche a procesorului 8080 funcționează la 100KHz fără probleme de EMI, diafonie și încărcare capacitivă și nu poate conduce la 50 de ohmi. Pentru acest procesor, impedanța ridicată înseamnă un consum redus de energie și ar trebui să folosiți fire subțiri, de înaltă impedanță, cât mai mult posibil. Trebuie luată în considerare și o perspectivă pur mecanică. De exemplu, în ceea ce privește densitatea, distanța dintre straturile unei plăci multistrat este foarte mică, iar procesul de lățime a liniei necesar pentru impedanța de 70 ohmi este dificil de realizat. În acest caz, ar trebui să utilizați 50 ohmi, care are o lățime de linie mai mare și este mai ușor de fabricat. Care este impedanța cablului coaxial? În domeniul RF, problemele luate în considerare nu sunt aceleași cu cele luate în considerare în PCB-uri, dar cablurile coaxiale din industria RF au, de asemenea, o gamă de impedanță similară. Conform publicației IEC (1967), 75 ohmi este un standard de impedanță obișnuit pentru cablurile coaxiale (notă: aerul este folosit ca strat izolator), deoarece puteți potrivi unele configurații comune de antene. De asemenea, definește un cablu de 50 ohmi pe bază de polietilenă solidă, deoarece atunci când stratul de ecranare extern cu un diametru fix și constanta dielectrică este fixată la 2,2 (constanta dielectrică a polietilenei solide), pierderea efectului de piele de impedanță de 50 ohmi este cea mai mică. Puteți demonstra din fizica de bază că 50 ohmi este cel mai bun. Pierderea prin efect de piele a cablului L (în decibeli) este proporțională cu rezistența totală la efectul pielii R (unitatea de lungime) împărțită la impedanța caracteristică Z0. Rezistența totală la efectul pielii R este suma rezistenței stratului de ecranare și a conductorului intermediar. Rezistența la efectul pielii a stratului de ecranare este invers proporțională cu diametrul său d2 la frecvențe înalte. Rezistența la efectul pielii a conductorului interior al unui cablu coaxial este invers proporțională cu diametrul său d1 la frecvențe înalte. Rezistența totală a seriei R este așadar proporțională cu (1/d2 +1/d1). Combinând acești factori, având în vedere d2 și constanta dielectrică corespunzătoare ER a materialului izolator, puteți utiliza următoarea formulă pentru a reduce pierderea efectului pielii. În orice carte de bază despre câmpuri electromagnetice și microunde, puteți găsi că Z0 este o funcție a d2, d1 și ER (notă: permitivitatea relativă a stratului izolator). Puneți ecuația 2 în ecuația 1, iar numărătorul și numitorul sunt înmulțite cu d2. , După sortarea formulei 3, termenul constant (/60)*(1/d2) este separat, iar termenul efectiv ((1+d2/d1)/ln(d2/d1)) determină punctul minim. Aruncă o privire mai atentă la punctul minim al formulei din formula 3, care este controlat doar de d2/d1 și nu are nimic de-a face cu ER și valoarea fixă d2. Luați d2/d1 ca parametru și desenați un grafic pentru L. Când d2/d1=3,5911 (Notă: Rezolvați o ecuație transcendentală), obțineți valoarea minimă. Presupunând că constanta dielectrică a polietilenei solide este 2,25 și d2/d1=3,5911, impedanța caracteristică este de 51,1 ohmi. Cu mult timp în urmă, inginerii radio, pentru comoditate, au aproximat această valoare la 50 ohmi ca valoare optimă pentru cablurile coaxiale. Acest lucru demonstrează că în jur de 0 ohm, L este cel mai mic. Dar acest lucru nu afectează utilizarea altor impedanțe. De exemplu, dacă faceți un cablu de 75 ohmi 5 cu același diametru de ecran (Notă: d2) și izolator (Notă: ER), pierderea efectului pielii va crește cu 12%. Pentru diferiți izolatori, impedanța optimă generată de raportul optim d2/d1 va fi ușor diferită (Notă: De exemplu, izolarea aerului corespunde la aproximativ 77 ohmi, iar inginerul alege o valoare de 75 ohmi pentru o utilizare ușoară). Alte suplimente: Derivarea de mai sus explică, de asemenea, de ce suprafața tăiată a cablului TV de 75 ohmi este o structură cu miez gol în formă de lotus, în timp ce cablul de comunicație de 50 ohmi este un miez solid. Există, de asemenea, un memento important. Atâta timp cât situația economică o permite, încercați să alegeți un cablu cu un diametru exterior mare (Notă: d2). Pe lângă creșterea rezistenței, motivul principal este că, cu cât diametrul exterior este mai mare, cu atât este mai mare diametrul interior (raportul optim al diametrului d2) /d1), pierderea RF a conductorului este, desigur, mai mică. De ce a devenit 50 ohmi standardul de impedanță pentru liniile de transmisie RF? Bird Electronics oferă una dintre cele mai difuzate versiuni ale poveștii, din „Cable: S-ar putea să existe multe povești despre originea 50 de ohmi” a lui Harmon Banning. În primele zile ale aplicațiilor cu microunde, în timpul celui de-al Doilea Război Mondial, alegerea impedanței era complet dependentă de nevoile de utilizare. Pentru procesarea de mare putere, s-au folosit adesea 30 ohmi și 44 ohmi. Pe de altă parte, impedanța liniei umplute cu aer cu cea mai mică pierdere este de 93 ohmi. În acei ani, pentru frecvențele mai mari, care erau rar utilizate, nu existau cabluri flexibile flexibile, ci doar canale rigide umplute cu mediu de aer. Cablurile semirigide s-au născut la începutul anilor 1950, iar cablurile flexibile reale pentru microunde au apărut aproximativ 10 ani mai târziu. Odată cu progresul tehnologiei, trebuie să se acorde standarde de impedanță pentru a găsi un echilibru între economie și comoditate. În Statele Unite, 50 ohmi este o alegere de compromis; pentru ca armata și marina comună să rezolve aceste probleme, s-a înființat o organizație numită JAN, care mai târziu a fost DESC, dezvoltată special de MIL. Europa a ales 60 de ohmi. De fapt, conducta cel mai des folosită în Statele Unite este alcătuită din tije și conducte de apă existente, iar 51,5 ohmi este foarte comun. Se pare ciudat să vezi și să folosești un adaptor/convertor de la 50 ohmi la 51,5 ohmi. Până la urmă au câștigat 50 de ohmi și s-au fabricat conducte speciale (sau poate decoratorii și-au schimbat ușor diametrul tuburilor). Curând după aceea, sub influența unei companii dominante în industrie precum Hewlett-Packard, europenii au fost, de asemenea, forțați să se schimbe. 75 ohmi este standardul pentru comunicarea la distanță lungă. Deoarece este o linie de umplere dielectrică, cea mai mică pierdere se obține la 77 ohmi. 93 ohmi a fost folosit pentru o conexiune scurtă, cum ar fi conectarea unui computer gazdă și a unui monitor. Caracteristica sa de capacitate scăzută reduce sarcina pe circuit și permite conexiuni mai lungi; cititorii interesați se pot referi la seria MIT RadLab, volumul 9, care conține Există o descriere mai detaliată.
