Para traços com uma certa largura, três fatores principais afetarão a impedância doPCBvestígios. Em primeiro lugar, a EMI (interferência eletromagnética) do campo próximo do traçado da PCB é proporcional à altura do traçado do plano de referência. Quanto menor a altura, menor a radiação. Em segundo lugar, a diafonia mudará significativamente com a altura do traço. Se a altura for reduzida pela metade, a diafonia será reduzida para quase um quarto. Finalmente, quanto menor a altura, menor a impedância e menos suscetível a cargas capacitivas. Todos os três fatores permitirão ao projetista manter o traço o mais próximo possível do plano de referência. A razão que impede você de reduzir a altura do traço para zero é que a maioria dos chips não pode conduzir linhas de transmissão com uma impedância inferior a 50 ohms. (Um caso especial desta regra é Rambus que pode conduzir 27 ohms, e a série BTL da National, que pode conduzir 17 ohms). Nem todas as situações são melhores para usar 50 ohms. Por exemplo, a estrutura NMOS muito antiga do processador 8080 funciona a 100KHz sem os problemas de EMI, diafonia e carga capacitiva, e não pode acionar 50 ohms. Para este processador, alta impedância significa baixo consumo de energia e você deve usar fios finos e de alta impedância o máximo possível. Uma perspectiva puramente mecânica também deve ser considerada. Por exemplo, em termos de densidade, a distância entre as camadas de uma placa multicamada é muito pequena e o processo de largura de linha necessário para impedância de 70 ohm é difícil de alcançar. Nesse caso, deve-se usar 50 ohms, que tem uma largura de linha maior e é mais fácil de fabricar. Qual é a impedância do cabo coaxial? No campo de RF, as questões consideradas não são as mesmas consideradas em PCBs, mas os cabos coaxiais na indústria de RF também têm uma faixa de impedância semelhante. De acordo com a publicação IEC (1967), 75 ohms é um padrão de impedância comum para cabos coaxiais (nota: o ar é usado como camada isolante) porque você pode combinar algumas configurações comuns de antena. Também define um cabo de 50 ohms à base de polietileno sólido, pois quando a camada de blindagem externa com diâmetro fixo e a constante dielétrica é fixada em 2,2 (a constante dielétrica do polietileno sólido), a perda de efeito pelicular da impedância de 50 ohm é a menor. Você pode provar a partir da física básica que 50 ohms é o melhor. A perda de efeito de pele do cabo L (em decibéis) é proporcional à resistência total de efeito de pele R (comprimento unitário) dividida pela impedância característica Z0. A resistência total do efeito pelicular R é a soma da resistência da camada de blindagem e do condutor intermediário. A resistência ao efeito de pele da camada de blindagem é inversamente proporcional ao seu diâmetro d2 em altas frequências. A resistência ao efeito de pele do condutor interno de um cabo coaxial é inversamente proporcional ao seu diâmetro d1 em altas frequências. A resistência total em série R é, portanto, proporcional a (1/d2 +1/d1). Combinando esses fatores, dados d2 e a correspondente constante dielétrica ER do material isolante, você pode usar a seguinte fórmula para reduzir a perda do efeito pelicular. Em qualquer livro básico sobre campos eletromagnéticos e microondas, você pode descobrir que Z0 é uma função de d2, d1 e ER (nota: a permissividade relativa da camada isolante). Coloque a Equação 2 na Equação 1 e o numerador e o denominador são multiplicados por d2. , Após classificar a fórmula 3, o termo constante (/60)*(1/d2) é separado e o termo efetivo ((1+d2/d1)/ln(d2/d1)) determina o ponto mínimo. Dê uma olhada no ponto mínimo da fórmula na fórmula 3, que é controlado apenas por d2/d1, e não tem nada a ver com ER e o valor fixo d2. Tome d2/d1 como parâmetro e desenhe um gráfico para L. Quando d2/d1=3,5911 (Nota: Resolva uma equação transcendental), obtenha o valor mínimo. Assumindo que a constante dielétrica do polietileno sólido é 2,25 e d2/d1=3,5911, a impedância característica é 51,1 ohms. Há muito tempo, os engenheiros de rádio, por conveniência, aproximaram esse valor para 50 ohms como o valor ideal para cabos coaxiais. Isso prova que em torno de 0 ohm, L é o menor. Mas isso não afeta o uso de outras impedâncias. Por exemplo, se você fizer um cabo de 75 ohms 5 com o mesmo diâmetro de blindagem (Nota: d2) e isolante (Nota: ER), a perda do efeito skin aumentará em 12%. Para diferentes isoladores, a impedância ideal gerada pela relação d2/d1 ideal será ligeiramente diferente (Observação: por exemplo, o isolamento de ar corresponde a cerca de 77 ohms e o engenheiro escolhe um valor de 75 ohms para facilitar o uso). Outros suplementos: A derivação acima também explica por que a superfície de corte do cabo de TV de 75 ohms é uma estrutura de núcleo oco em forma de lótus, enquanto o cabo de comunicação de 50 ohms é um núcleo sólido. Há também um lembrete importante. Enquanto a situação econômica permitir, tente escolher um cabo com diâmetro externo grande (Nota: d2). Além de aumentar a resistência, a principal razão é que quanto maior o diâmetro externo, maior o diâmetro interno (a razão de diâmetro ideal d2)/d1), a perda de RF do condutor é obviamente menor. Por que 50 ohms se tornaram o padrão de impedância para linhas de transmissão de RF? A Bird Electronics fornece uma das versões mais divulgadas da história, do livro "Cable: Pode haver muitas histórias sobre a origem de 50 ohms" de Harmon Banning. Nos primórdios das aplicações de micro-ondas, durante a Segunda Guerra Mundial, a escolha da impedância dependia completamente das necessidades de uso. Para processamento de alta potência, 30 ohms e 44 ohms eram frequentemente usados. Por outro lado, a impedância da linha cheia de ar de menor perda é de 93 ohms. Naqueles anos, para frequências mais altas que raramente eram utilizadas, não existiam cabos flexíveis flexíveis, apenas dutos rígidos preenchidos com meio de ar. Os cabos semi-rígidos nasceram no início da década de 1950, e os cabos flexíveis de micro-ondas reais apareceram cerca de 10 anos depois. Com o avanço da tecnologia, os padrões de impedância precisam ser dados para encontrar um equilíbrio entre economia e conveniência. Nos Estados Unidos, 50 ohms é uma escolha de compromisso; para que o exército e a marinha conjuntos resolvessem esses problemas, foi criada uma organização chamada JAN, que mais tarde foi DESC, especialmente desenvolvida pelo MIL. A Europa escolheu 60 ohms. Na verdade, o conduíte mais comumente usado nos Estados Unidos é composto de hastes e tubos de água existentes, e 51,5 ohms é muito comum. É estranho ver e usar um adaptador/conversor de 50 ohm para 51,5 ohm. No final, 50 ohms venceram, e conduítes especiais foram fabricados (ou talvez os decoradores tenham mudado um pouco o diâmetro de seus tubos). Logo depois, sob a influência de uma empresa dominante no setor como a Hewlett-Packard, os europeus também foram forçados a mudar. 75 ohms é o padrão para comunicação de longa distância. Por se tratar de uma linha de enchimento dielétrico, a menor perda é obtida em 77 ohms. 93 ohm foi usado para conexão curta, como conectar um host de computador e um monitor. Seu recurso de baixa capacitância reduz a carga no circuito e permite conexões mais longas; leitores interessados podem consultar o MIT RadLab Series, Volume 9, que contém uma descrição mais detalhada.
