題:
不考慮長度和信號頻率,PCB走線如何具有50歐姆阻抗?
quantum231
2013-07-09 16:08:34 UTC
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嗯,這似乎只是關於線路阻抗的另一個問題。

我了解到,當我們說“傳輸線”效應時,我們談論的是串擾,反射和振鈴(我想這是差不多)。在低頻情況下,PCB走線的行為就像是一種“理想的”傳輸介質,這些影響就不會出現,更像我們期望電線在我們上學的時候表現出來。

我也了解到50歐姆的值並非來自線路電阻,線路電阻將很小且小於1歐姆。該值來自線上的L和C之比。通過改變接地平面上方的走線高度來改變C或通過改變走線寬度來改變L會改變線路的阻抗。

我們都知道L和C的電抗取決於信號頻率,因為好。現在我的問題是:

  1. 為什麼我們不應該僅將其稱為線路電抗而不是線路阻抗?

  2. 怎麼可能才50歐姆?它必須取決於信號頻率吧?例如1兆赫的50歐姆

  3. 如果我選擇做100歐姆或25歐姆走線,世界末日會走到世界盡頭嗎?我知道雖然我們想說50歐姆是一個魔數,但它將在50歐姆左右的某個範圍內,而不是50.0000歐姆。

  4. PCB走線的實際電阻是否可能會起作用?

  5. ol>
如果您知道Zo確實來自L和C的比率,那麼您無需花太多時間就可以意識到Zo與頻率無關(高於1MHz左右)。長度也一樣。 -1
五 答案:
JIm Dearden
2013-07-09 16:54:44 UTC
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讓我們看一下傳輸線的公式和等效電路。

Enter image description here

(1)阻抗而非電抗。

電抗是指電流(一個電感器)或電壓(一個電容器)的變化的反向分量-單個分量。傳輸線具有\ $ R,L \ $和\ $ C \ $分量-阻抗是電壓相量與電流相量之比。

(2)為\ $ 50 \ Omega \ $,因為每單位長度的電感與電容之比產生該值。由於\ $ R << j \ omega L \ $和\ $ G \至0 \ $,這些值可以忽略,因此表達式可簡化為\ $ \ sqrt {L / C} \ $(與頻率無關)。

(3)不,但是通常最好保持標準。您可能會發現很難找到適合您的\ $ 167 \ Omega \ $傳輸線的連接器。還有很多信息可用於在PCB等上設計標準傳輸線。我書中的魔術數是376.73031 ...自由空間的阻抗。現在如果沒有那個,我們將生活在另一個世界中。

(4)返回公式。在低頻下,由於電感的電抗很小,\ $ R \ $可能很重要。在很高的頻率下,介電損耗可能會變得很大。

其他要點很清楚,但是介電損耗是什麼意思呢?
@quantum231電介質只是傳輸線兩個導體之間絕緣的一個奇特的名字。換句話說,電容器的中間位C。像所有電容器一樣,它不是“理想的”,請訪問http://en.wikipedia.org/wiki/Loss_tangent
Phil Frost
2013-07-09 17:53:05 UTC
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傳輸線在整個長度上具有分佈的電感和電容。我們可以將其視為沿線的無限多個小電感器和電容器:

schematic

模擬此電路 –使用 CircuitLab sup>

每個電感器用於限制電容器的充電速率。但是,隨著我們將線路分成越來越多的部分,電感器和電容器各自變小。那麼,它們的數量重要嗎?我們可以選擇將傳輸線分成任意段,從一個到無限。因此,我們可以任意減小電容器和電感器。

因此,這些電感器和電容器的值一定無關緊要。確實,只有電感與電容的比率才是重要的,因為隨著傳輸線的劃分,這不會改變。而且,如果特性阻抗在分割線時不發生變化,那麼隨著我們將其加長,其特徵阻抗也就不會發生變化。

親愛的菲爾,我必須說,您的回答是不定的。你讓我開心:D
我需要檢查一下我們如何得出傳輸線的Zo值。
Olin Lathrop
2013-07-09 18:12:42 UTC
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在菲爾所說的話中加上:

現在想像一下,在這個長電感和電容器鏈中,一切都始於0伏和安培,然後在一端加一個電壓。電感器減慢電容器充電速度的方式將流過穩定的電流,該電流與您輸入的電壓成正比。由於您有一個電壓和一個與該電壓成比例的電流,因此可以將兩者除以得出抵抗這條無限傳輸線的模仿。實際上,對於理想的無限傳輸線,您無法從外部分辨出傳輸線與電阻之間的差異。

但是,這僅在電壓階躍可以持續向下傳播時才有效。傳輸線。但是,這就是 aha i>的時刻,如果您有一條短線,但在其一端放置了一個具有特徵電阻的電阻,則它的另一端將看起來像是無限的傳輸線。這樣做稱為終止 i>傳輸線。

感謝Olin,因此在無限傳輸線上,另一方面,信號會衰減為0。這就是我們要實現的目標,這是我從您的描述中所了解的。
在“理想”傳輸線上,信號會無限期保持完整。在一條實線上,導體的電阻會在一段時間後占主導地位,並且信號會衰減,並且會根據距離對低通進行濾波。
關於這一點:[長傳輸線會降低上升/下降時間,如果會,則是通過什麼機制來降低?](http://electronics.stackexchange.com/questions/75399/do-long-transmission-lines-degrade-rise下降時間以及是否通過某種機制)
我見過的最好的答案。發電機如何“知道”傳輸線是開路的並且需要增加電壓?電子會反彈嗎?我試圖在這裡回答(有圖表):http://electronics.stackexchange.com/questions/165099/how-do-signal-reflections-work
scld
2013-07-09 17:20:38 UTC
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吉姆回答得很好。但是,要擴展一些,請執行以下操作:

2)50歐姆是50歐姆(一種)。材料的介電常數與頻率略有相關。因此,您為1 GHz選擇的走線高度和寬度在10 GHz時的阻抗會稍有不同(如果您需要擔心差異,您可能已經知道差異了!)

4)如果使用標準PCB FR4材料,介電損耗將成為0.5至1 GHz附近的問題。但是,當您使用更高的電流線時,電阻確實變得很重要。例如:如果您在1英寸長的1盎司銅上走了6 mil寬的導線,則有1 Amp的電阻,則電阻為.1歐姆。您將在大約60C的溫度下下降約0.1V。如果不能承受0.1V的壓降,則需要明顯地加寬走線或加粗銅。

根據經驗,如果長度小於1英寸,則可以忽略大多數直流電阻

我從中了解到PCB基板材料(+1)的介電損耗。
看來我需要閱讀高頻下的介電損耗。它在霍華德·約翰遜的高速數字設計(黑魔法)書中的某處嗎?
如果您在那裡找不到所需的信息,則只需查找有關材料損耗正切與頻率的關係的信息,就可能會獲得足夠的信息。許多RF模擬器也將內置這些計算。此外,電路板材料的數據表通常會顯示頻率與頻率的關係圖。如果您需要開始擔心較高頻率的Dk,則需要使用Rogers或Taconic板材的損耗隨頻率變化更平坦。
Ale..chenski
2016-11-07 08:37:51 UTC
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有一個簡單的揮手解釋,為什麼(理想)傳輸線的有效阻抗是恆定的。其他解釋使我們對如何在傳輸線模型中“選擇” Li和Ci感到困惑。這些李和慈到底是什麼?

首先,一旦我們說“傳輸線”,我們就在談論長電線。多久?長於沿線傳輸的電磁波的長度。因此,我們談論的是非常長的線(英里和英里)或非常高的頻率。但是,相對於跡線長度的波長概念至關重要。

現在,正如人們所提到的,一條跡線具有一定長度的電感per,相應地,一定的電容再次與length成正比。這些L和C分別是電感和電容每單位長度。因此,線段的實際電感為L = L *長度;對於C也是如此。

現在考慮正弦波進入軌跡。波以光速傳播(特別是電介質/空氣介質,約為150ps /英寸)。在每時每刻,特定的電荷偏差(波形)與一段等於該波相應長度的導線相互作用。較低的頻率具有較長的波長,而較快的頻率分量具有成比例的較短長度。那麼,我們有什麼?更長的波會“看到”更長的軌跡,因此會產生更大的L和更大的電容C。較短(較高頻率)的波“看到”了較短的有效線長,因此較小的LC。因此,有效的LC均與波長成正比。由於線路的阻抗為Z0 = SQRT(L / C),因此L和C對長度的依賴性會抵消,這就是為什麼具有不同頻率的波“看到”相同的有效阻抗Z0的原因。



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