Навіны галіны

Паходжанне 50 Ом пры ўзгадненні імпедансу

2021-10-22

Для слядоў з пэўнай шырынёй тры асноўныя фактары будуць уплываць на імпедансPCBсляды. Перш за ўсё, EMI (электрамагнітныя перашкоды) блізкага поля трасы друкаванай платы прапарцыйна вышыні следу ад апорнай плоскасці. Чым ніжэй вышыня, тым менш выпраменьванне. Па-другое, перакрыжаваныя перашкоды істотна зменяцца з вышынёй трасы. Калі вышыню паменшыць удвая, перакрыжаваныя перашкоды паменшацца амаль да чвэрці. Нарэшце, чым ніжэй вышыня, тым меншы імпеданс, і ён менш успрымальны да ёмістных нагрузак. Усе тры фактары дазволяць канструктару трымаць трасу як мага бліжэй да апорнай плоскасці. Прычына, якая перашкаджае паменшыць вышыню трасы да нуля, заключаецца ў тым, што большасць мікрасхем не могуць кіраваць лініямі перадачы з імпедансам менш за 50 Ом. (Асаблівы выпадак гэтага правіла - Rambus, які можа кіраваць 27 Ом, і серыя BTL ад National, якая можа кіраваць 17 Ом). Не ва ўсіх сітуацыях лепш выкарыстоўваць 50 Ом. Напрыклад, вельмі старая структура NMOS працэсара 8080 працуе на частаце 100 кГц без праблем EMI, перакрыжаваных перашкод і ёмістай нагрузкі, і яна не можа кіраваць 50 Ом. Для гэтага працэсара высокі супраціў азначае нізкае энергаспажыванне, і вы павінны выкарыстоўваць як мага больш тонкія правады з высокім імпедансам. Неабходна таксама ўлічваць чыста механічную перспектыву. Напрыклад, з пункту гледжання шчыльнасці, адлегласць паміж пластамі шматслаёвай дошкі вельмі малая, і працэс шырыні лініі, неабходны для імпедансу 70 Ом, цяжка дасягнуць. У гэтым выпадку варта выкарыстоўваць 50 Ом, які мае больш шырыню лініі і прасцей у вырабе. Якое супраціўленне кааксіяльнага кабеля? У радыёчастотнай галіне разглядаюцца не тыя ж праблемы, што і ў друкаваных платах, але кааксіяльныя кабелі ў прамысловасці РФ таксама маюць аналагічны дыяпазон імпедансу. Згодна з публікацыяй IEC (1967), 75 Ом з'яўляецца агульным стандартам імпедансу для кааксіяльных кабеляў (заўвага: паветра выкарыстоўваецца ў якасці ізаляцыйнага пласта), таму што вы можаце супаставіць некаторыя агульныя канфігурацыі антэн. Ён таксама вызначае кабель на 50 Ом на аснове цвёрдага поліэтылену, таму што, калі знешні экран экраніруючага пласта з фіксаваным дыяметрам і дыэлектрычнай пранікальнасцю зафіксавана на 2,2 (дыэлектрычная пранікальнасць цвёрдага поліэтылену), страта скін-эффекту 50 Ом з'яўляецца найменшай. Вы можаце даказаць з элементарнай фізікі, што 50 Ом - гэта лепшае. Страта скін-эффекту кабеля L (у дэцыбелах) прапарцыйная сумарнаму супраціву скін-эффекту R (адзінкай даўжыні), падзеленым на характэрны імпеданс Z0. Поўнае супраціўленне скін-эффекту R з'яўляецца сумай супраціву экрануючага пласта і прамежкавага правадніка. Супраціў скін-эфекту экрануючага пласта зваротна прапарцыйны яго дыяметру d2 на высокіх частотах. Супраціў скін-эффекту ўнутранага правадыра кааксіяльнага кабеля зваротна прапарцыйны яго дыяметру d1 на высокіх частотах. Такім чынам, агульнае паслядоўнае супраціў R прапарцыйна (1/d2 +1/d1). Камбінуючы гэтыя фактары, улічваючы d2 і адпаведную дыэлектрычную пранікальнасць ER ізаляцыйнага матэрыялу, вы можаце выкарыстоўваць наступную формулу для памяншэння страты скін-эфекту. У любой базавай кнізе аб электрамагнітных палях і мікрахвалях вы можаце знайсці, што Z0 з'яўляецца функцыяй d2, d1 і ER (заўважце: адносная дыэлектральная пранікальнасць ізаляцыйнага пласта). Змесціце раўнанне 2 у раўнанне 1, а лічнік і назоўнік памножыць на d2. , Пасля разбору формулы 3 пастаянны член (/60)*(1/d2) аддзяляецца, а эфектыўны член ((1+d2/d1)/ln(d2/d1)) вызначае мінімальны пункт. Паглядзіце больш уважліва на мінімальны пункт формулы ў формуле 3, які кантралюецца толькі d2/d1 і не мае нічога агульнага з ER і фіксаваным значэннем d2. Вазьміце d2/d1 як параметр і начарціце графік для L. Калі d2/d1=3,5911 (Заўвага: Рашыць трансцэндэнтнае ўраўненне), атрымайце мінімальнае значэнне. Прымаючы, што дыэлектрычная пранікальнасць цвёрдага поліэтылену роўная 2,25 і d2/d1=3,5911, характэрны імпеданс роўны 51,1 Ом. Даўным-даўно радыёінжынеры для зручнасці наблізілі гэта значэнне да 50 Ом як аптымальнае значэнне для кааксіяльных кабеляў. Гэта даказвае, што каля 0 Ом L з'яўляецца найменшым. Але гэта не ўплывае на выкарыстанне іншых імпедансаў. Напрыклад, калі вы зробіце кабель 75 Ом 5 ​​з такім жа дыяметрам экрана (Заўвага: d2) і ізалятарам (Заўвага: ER), страты скін-эффекту павялічацца на 12%. Для розных ізалятараў аптымальны імпеданс, створаны аптымальным суадносінамі d2/d1, будзе трохі адрознівацца (Заўвага: напрыклад, паветраная ізаляцыя адпавядае прыкладна 77 Ом, а для зручнасці выкарыстання інжынер выбірае значэнне 75 Ом). Іншыя дапаўненні: прыведзены вышэй выснову таксама тлумачыць, чаму паверхня разрэзу тэлевізійнага кабеля 75 Ом уяўляе сабой пустотную структуру ў форме лотаса, а кабель сувязі 50 Ом з'яўляецца суцэльным стрыжнем. Таксама ёсць важнае напамін. Пакуль дазваляе эканамічная сітуацыя, старайцеся выбіраць кабель з вялікім вонкавым дыяметрам (Заўвага: d2). У дадатак да павелічэння трываласці, асноўная прычына заключаецца ў тым, што чым больш знешні дыяметр, тым больш унутраны дыяметр (аптымальнае стаўленне дыяметраў d2) /d1), ВЧ-страты правадніка, вядома, меншыя. Чаму 50 Ом стала стандартам імпедансу для ВЧ ліній перадачы? Bird Electronics прадстаўляе адну з самых распаўсюджаных версій гісторыі з кнігі Хармана Бэнінга «Кабель: можа быць шмат гісторый пра паходжанне 50 Ом». У першыя дні прымянення мікрахвалевай печы, падчас Другой сусветнай вайны, выбар імпедансу цалкам залежаў ад патрэбаў выкарыстання. Для апрацоўкі высокай магутнасці часта выкарыстоўваліся 30 Ом і 44 Ом. З іншага боку, супраціў лініі з найменшымі стратамі, запоўненай паветрам, складае 93 Ом. У тыя гады для больш высокіх частот, якія выкарыстоўваліся рэдка, не было гнуткіх гнуткіх кабеляў, а толькі жорсткія каналы, запоўненыя паветранай асяроддзем. Паўцвёрдыя кабелі нарадзіліся ў пачатку 1950-х гадоў, а сапраўдныя мікрахвалевыя гнуткія кабелі з'явіліся прыкладна праз 10 гадоў. З развіццём тэхналогій неабходна задаваць стандарты імпедансу, каб знайсці баланс паміж эканоміяй і выгодай. У Злучаных Штатах 50 Ом - кампрамісны выбар; для вырашэння гэтых праблем сумеснай арміяй і флотам была створана арганізацыя пад назвай JAN, якая пазней была спецыяльна распрацавана MIL. Еўропа абрала 60 Ом. На самай справе, найбольш часта выкарыстоўваецца трубаправод у Злучаных Штатах складаецца з існуючых стрыжняў і вадаправодных труб, і 51,5 Ом з'яўляецца вельмі распаўсюджаным. Дзіўна бачыць і выкарыстоўваць адаптар/канвэртар ад 50 Ом да 51,5 Ом. У рэшце рэшт выйгралі 50 Ом, і былі выраблены спецыяльныя трубаправоды (а можа, дэкаратары крыху змянілі дыяметр іх трубак). Неўзабаве пад уплывам дамінуючай кампаніі ў галіны, такой як Hewlett-Packard, еўрапейцы таксама былі вымушаныя змяніцца. 75 Ом - гэта стандарт для сувязі на адлегласці. Паколькі гэта дыэлектрычная лінія запаўнення, найменшыя страты атрымліваюць пры 77 Ом. 93 Ом выкарыстоўвалася для кароткага злучэння, напрыклад, для падлучэння хоста кампутара і манітора. Яго асаблівасць нізкай ёмістасці зніжае нагрузку на ланцуг і дазваляе больш працяглыя злучэння; зацікаўленыя чытачы могуць звярнуцца да серыі MIT RadLab, том 9, у якой ёсць больш падрабязнае апісанне.