En este artículo de dos partes, me gustaría que lo acompañe en un viaje a través de una línea de transmisión de la DC, hacia adelante y hacia arriba a través del espectro de frecuencias. Paso a paso, vamos a explorar las características a través del aumento vertiginoso de muy baja a frecuencias ultra-altas. Pero puede estar seguro, no voy a ir más allá de lo que es de uso práctico para usted ahora. En la primera parte, vamos a trazar la impedancia desde el infinito a CD a la región GHz donde se alcanza el valor de estado estacionario de su impedancia característica.
A partir de una confesión que desde hace mucho tiempo los seguidores de la página web de Polar (en muchos procesos y los ingenieros químicos donde la electrónica no es su tema especializado): Si usted ha leído las notas de aplicaciones Polar o han sido los seminarios de la empresa es probable que haya nos ha oído decir que el tiempo y una vez más que la impedancia es independiente de la frecuencia. Bueno, esa historia de la impedancia es igual que la información dada a usted por su maestra de primaria, que una vez que se informó que la molécula es la partícula más pequeña detectable. Pero luego te fuiste a la escuela secundaria sólo para decir que la información era la parte de verdad - los átomos son más pequeños. Incluso después de su jornada educativa, que se les enseña que en realidad los átomos forman los protones, neutrones y electrones y luego de repente el entrar en el reino de los quarks, muones y los mesones, la extrañeza y el encanto, etc Bueno, nuestro secreto es que la historia nos enseña a Polar era cierto, pero sólo en un cierto rango de condiciones.
Ahora es el momento de decirle toda la historia, o mejor dicho, toda la historia hasta justo por encima de las frecuencias que son relevantes hoy en día.
Ingenieros PCB proceso se llevó a nuestra palabra de que uno de 6 pulgadas (150 mm) cupón consta de un trazado estrecho en una altura fija sobre un plano de tierra de ancho había una impedancia (a menudo de 50 ohms), pero sólo estoy seguro de que muchos medio- cree que nosotros, como si se mide la resistencia entre la huella y la tierra con un multímetro digital el circuito tiene una resistencia infinita! Así que lo que realmente está pasando aquí? Otro enigma para los nuevos clientes es que la medición de la resistencia de la traza de un extremo a otro muestra un corto circuito o casi definitiva, NAD * (* más cerca maldita sea, ya que mi profesor de matemáticas solía decir).
"Entonces, dime la verdad, entonces!" Puedo oírte decir. Bueno, la verdad es que a frecuencias diferentes todas las características de línea de transmisión tienen una influencia sobre el comportamiento de la línea de diferentes maneras, algunas de ellas sorprendentes y contrario a la intuición alguna.
La Línea de Transmisión en DC
Vamos a empezar por el principio. Agradable y fácil: de 6 pulgadas de longitud de línea, FR-4 sustrato en DC. Para facilitar la visualización, voy a imaginar una línea diseñada para una impedancia de 50 ohmios característica en un mil 63 (1.6 mm) de espesor de doble cara bordo. Simplemente dan por sentado que la traza debe ser alrededor de 130 millones (3 mm) de ancho para hacer una línea de 50 ohmios de impedancia característica. Medir la resistencia entre la huella y el suelo con un simple multímetro digital, y se lee en circuito abierto.
Vamos a considerar dos formas de ver la línea: Una mediante la medición de las características de la línea cuando "mirando" la línea de señal y el nivel del suelo, la otra mirando a la resistencia de la señal de rastreo en sí - es decir, medir la resistencia entre el inicio (0 pulgadas 0 mm) y el final de la línea (6 pulgadas ~ 150 mm.)
Utilizando las dimensiones de una traza de cobre típico perfil trapezoidal PCB:Figura 1: resistencia de la vía de 6 pulgadas de la pista.
Desde el cálculo anterior, la Figura 1, se puede ver la resistencia de extremo a extremo de la traza de sí mismo, será de unos 27 mili - o lo suficientemente pequeño como para ser ignorado.
Figura 2: resistencia de la vía de 3 pulgadas de la pista.
Sólo por interés: A mitad de la traza (longitud de la línea 3 pulgadas de ~ 75 mm) la resistencia es de 13 mili, la Figura 2, por lo que existe una relación lineal entre la resistencia y la duración de la traza (esto puede parecer obvio, pero tener esto en cuenta para la más adelante.) Así, en DC, una huella de impedancia controlada sin terminar con una impedancia característica de 50 ohmios en realidad es un circuito abierto.
El aumento de la frecuencia
El siguiente paso es iniciar el aumento gradual de la frecuencia y ver qué pasa. Volviendo a la física, en las frecuencias bajas de una longitud de cobre sobre un plano de tierra separados por un aislante (el material base de FR-4) parece ser como un condensador eléctrico - y en las frecuencias bajas se comporta de esa manera. Como las rampas de frecuencia de la impedancia constante cae desde el infinito así ... Figura 3: En las rampas de frecuencia de la impedancia constante cae desde el infinito.
Fíjate bien en la Figura 3. En la década KHz se puede ver la magnitud de la impedancia en rápido descenso de su valor DC de la infinidad. Sin embargo, también se puede ver que, a diferencia de un condensador puro, cuya impedancia de magnitud que se puede esperar a caer a una lectura insignificante en frecuencias más altas, algo parece estar ralentizando el ritmo de disminución de la magnitud de la impedancia. El punto de datos recogidos en el gráfico a 1 MHz muestra una impedancia de 72 ohmios.Entonces, ¿cuál podría ser la causa de la gráfica a estabilizarse?
Frecuencia Impedancia es independiente?
Volver a lo básico aquí ... durante el último par de décadas en seminarios Polar hemos explicado a los fabricantes de que la impedancia del PCB característico de líneas sin pérdidas es igual a Z0 = √ (L / C). Bueno, voy a dejarte entrar en un secreto - que la información era cierta, pero es verdad sólo en una banda de frecuencias de uso común en el momento. Con ultra-alta velocidad de transmisión en serie diseñadores se han preocupado con muy alto, y, contra un poco intuitivamente, más bajo, las frecuencias. "¿Por qué baja?" usted puede preguntarse. Así, por ejemplo, ultra largos chorros de datos consta de todas las 0 o 1 todos representan una frecuencia mucho más, mucho más baja que la frecuencia de reloj. Esta es la razón por poco la tasa de error de prueba (BERT) probadores de implementar las palabras de datos muy largos, con una serie pseudo-aleatoria de altas y bajas para representar a la naturaleza de banda ancha de alta velocidad de transmisión de datos en serie.
Aunque estoy divagando, volvamos a las ecuaciones por un momento - para líneas sin pérdidas de explotación de la A-10 algunas de MHz a uno o dos GHz por encima de la aproximación funcionaba bien, y las líneas operadas en la región se comportaron razonablemente independiente de la frecuencia.
Sin embargo, la ecuación completa de la impedancia de la línea de transmisión es la siguiente:
Z0 = √ ((R + jωL) / (G + jωC))
Veamos el caso de baja frecuencia tienen una primera y pensar en estos términos, ya hemos aprendido que en las frecuencias medias R es lo suficientemente pequeño como para ignorar y G (la conductancia del sustrato) es lo suficientemente pequeño como para ignorarlo. Pero a medida que la frecuencia disminuye, también disminuye la reactancia inductiva, y poco a poco se convierte en jωL pequeña comparada con R, ya que esto empieza a suceder de la impedancia de la línea se convierte en dependiente de la frecuencia y la ecuación de cambios de impedancia a un punto donde jωL puede ser ignorado, pero R no se puede. La impedancia en esta región de baja frecuencia tiende a:
Z0 = R / jωC
Me gusta tomar clases de matemáticas hasta el extremo de comprender los fenómenos, ya que si entendemos los extremos es más fácil de encajar en las regiones centro (y las matemáticas a menudo se convierte en simple a los límites - Me gusta eso). Así que en DC, la frecuencia representada por jw es CERO. Z0 en DC es entonces R (que es pequeño, no es cero pero) dividido por cero - y, sorpresa, la impedancia característica en el DC es infinito.
Impulsar la mayor frecuencia y como jωL aumenta de tamaño en comparación con el R entonces la línea se comporta de una manera independiente de la frecuencia en la parte superior e inferior jw cancelar, la impedancia de la instantánea llega a un estado razonablemente estable.
http://www.pcb007.com/pages/zone.cgi?artcatid=0&a=78003&artid=78003&pg=5
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