Для дорожек определенной ширины на импеданс кабеля будут влиять три основных фактора.печатная платаследы. Во-первых, ЭМП (электромагнитные помехи) ближнего поля дорожки печатной платы пропорциональны высоте дорожки от базовой плоскости. Чем меньше высота, тем меньше излучение. Во-вторых, перекрестные помехи будут значительно меняться в зависимости от высоты трассы. Если высоту уменьшить наполовину, перекрестные помехи уменьшатся почти на четверть. Наконец, чем меньше высота, тем меньше импеданс и меньше чувствительность к емкостным нагрузкам. Все три фактора позволят разработчику максимально приблизить трассу к базовой плоскости. Причина, которая мешает уменьшить высоту трассы до нуля, заключается в том, что большинство микросхем не могут управлять линиями передачи с импедансом менее 50 Ом. (Частным случаем этого правила является Rambus, который может работать на 27 Ом, и серия National BTL, которая может работать на 17 Ом). Не во всех ситуациях лучше всего использовать 50 Ом. Например, очень старая структура NMOS процессора 8080 работает на частоте 100 кГц без проблем с электромагнитными помехами, перекрестными помехами и емкостной нагрузкой, и она не может работать на 50 Ом. Для этого процессора высокий импеданс означает низкое энергопотребление, и вы должны использовать как можно больше тонких проводов с высоким импедансом. Необходимо также учитывать чисто механическую перспективу. Например, с точки зрения плотности расстояние между слоями многослойной платы очень мало, и трудно добиться ширины линии, необходимой для импеданса 70 Ом. В этом случае следует использовать сопротивление 50 Ом, которое имеет большую ширину линии и проще в изготовлении. Каково сопротивление коаксиального кабеля? В радиочастотной области рассматриваются не те же вопросы, что и в печатных платах, но коаксиальные кабели в радиочастотной промышленности также имеют аналогичный диапазон импеданса. Согласно публикации IEC (1967 г.), 75 Ом является общепринятым стандартом импеданса для коаксиальных кабелей (примечание: в качестве изолирующего слоя используется воздух), потому что вы можете согласовать некоторые распространенные конфигурации антенн. Он также определяет кабель на 50 Ом на основе твердого полиэтилена, потому что, когда внешний экранирующий слой с фиксированным диаметром и диэлектрической проницаемостью фиксируется на уровне 2,2 (диэлектрическая проницаемость твердого полиэтилена), потери на скин-эффект импеданса 50 Ом минимальны. Вы можете доказать из основ физики, что 50 Ом — лучшее. Потери на скин-эффект кабеля L (в децибелах) пропорциональны общему сопротивлению скин-эффекта R (единичной длины), деленному на волновое сопротивление Z0. Полное сопротивление скин-эффекту R представляет собой сумму сопротивлений экранирующего слоя и промежуточного проводника. Стойкость экранирующего слоя к скин-эффекту обратно пропорциональна его диаметру d2 на высоких частотах. Сопротивление скин-эффекту внутреннего проводника коаксиального кабеля обратно пропорционально его диаметру d1 на высоких частотах. Таким образом, общее последовательное сопротивление R пропорционально (1/d2 +1/d1). Комбинируя эти факторы, учитывая d2 и соответствующую диэлектрическую постоянную ER изоляционного материала, можно использовать следующую формулу для уменьшения потерь на скин-эффект. В любой базовой книге об электромагнитных полях и микроволнах вы можете найти, что Z0 является функцией d2, d1 и ER (примечание: относительная диэлектрическая проницаемость изолирующего слоя). Поместите уравнение 2 в уравнение 1, а числитель и знаменатель умножьте на d2. , После разбора формулы 3 постоянный член (/60)*(1/d2) выделяется, а эффективный член ((1+d2/d1)/ln(d2/d1)) определяет точку минимума. Обратите внимание на точку минимума формулы в формуле 3, которая контролируется только d2/d1 и не имеет ничего общего с ER и фиксированным значением d2. Возьмите d2/d1 в качестве параметра и начертите график для L. Когда d2/d1=3,5911 (Примечание: решите трансцендентное уравнение), получите минимальное значение. Если предположить, что диэлектрическая проницаемость твердого полиэтилена равна 2,25, а d2/d1=3,5911, волновое сопротивление равно 51,1 Ом. Давным-давно радиоинженеры для удобства приблизили это значение к 50 Ом как оптимальное значение для коаксиальных кабелей. Это доказывает, что около 0 Ом L является наименьшим. Но это не влияет на использование вами других импедансов. Например, если вы сделаете кабель 75 Ом 5 с тем же диаметром экрана (Примечание: d2) и изолятором (Примечание: ER), потери на скин-эффект увеличатся на 12%. Для разных изоляторов оптимальный импеданс, создаваемый оптимальным соотношением d2/d1, будет немного отличаться (Примечание: например, воздушная изоляция соответствует примерно 77 Ом, и инженер выбирает значение 75 Ом для простоты использования). Другие дополнения: приведенный выше вывод также объясняет, почему поверхность среза телевизионного кабеля на 75 Ом представляет собой полую структуру в форме лотоса, а коммуникационный кабель на 50 Ом представляет собой сплошную сердцевину. Также есть важное напоминание. Пока позволяет экономическая ситуация, старайтесь выбирать кабель с большим наружным диаметром (Примечание: d2). В дополнение к увеличению прочности, основная причина заключается в том, что чем больше внешний диаметр, тем больше внутренний диаметр (оптимальное соотношение диаметров d2)/d1 и, конечно, меньше радиочастотные потери проводника. Почему 50 Ом стали стандартом импеданса для радиочастотных линий передачи? Bird Electronics предоставляет одну из самых распространенных версий истории из книги Хармона Бэннинга «Кабель: может быть много историй о происхождении 50 Ом». На заре микроволновых применений, во время Второй мировой войны, выбор импеданса полностью зависел от потребностей использования. Для обработки большой мощности часто использовались 30 Ом и 44 Ом. С другой стороны, импеданс воздушной линии с наименьшими потерями составляет 93 Ом. В те годы для редко используемых более высоких частот не существовало гибких гибких кабелей, а были только жесткие каналы, заполненные воздушной средой. Полужесткие кабели появились на свет в начале 1950-х годов, а настоящие гибкие микроволновые кабели появились примерно на 10 лет позже. С развитием технологий необходимо указывать стандарты импеданса, чтобы найти баланс между экономичностью и удобством. В США 50 Ом — компромиссный вариант; для совместного решения этих задач армией и флотом была создана организация под названием JAN, позже DESC, специально разработанная MIL. Европа выбрала 60 Ом. Фактически, наиболее часто используемый трубопровод в Соединенных Штатах состоит из существующих стержней и водопроводных труб, и очень распространено 51,5 Ом. Странно видеть и использовать переходник/преобразователь с 50 Ом на 51,5 Ом. В конце концов 50 Ом победили, и были изготовлены специальные кондукторы (а может декораторы немного изменили диаметр своих трубок). Вскоре после этого под влиянием такой доминирующей в отрасли компании, как Hewlett-Packard, европейцы также были вынуждены измениться. 75 Ом является стандартом для дальней связи. Поскольку это линия с диэлектрическим наполнением, наименьшие потери достигаются при 77 Ом. Сопротивление 93 Ом использовалось для коротких соединений, например, для подключения хост-компьютера и монитора. Его характеристика низкой емкости снижает нагрузку на цепь и позволяет использовать более длинные соединения; заинтересованные читатели могут обратиться к MIT RadLab Series, Volume 9, который содержит более подробное описание.
