Czy każdy ślad przenoszący RF powinien mieć impedancję charakterystyczną 50 omów? W jaki sposób?

Muszę przetłumaczyć schemat odbiornika VHF (160 MHz) na płytkę drukowaną. Po obejrzeniu tu i tam jestem trochę zdezorientowany.

Wygląda na to, że głównymi problemami z RF są

1. aby uniknąć zabłąkanych cewek indukcyjnych i kondensatorów, unikając wąskich ścieżek (zwiększenie pojemności), szerokich ścieżek (kondensator z płaszczyzną uziemienia pod spodem) i długich ścieżek (wzrost indukcyjności)

2. aby uniknąć odbić sygnału, unikając nagłych zmian w „charakterystycznej impedancji”.

   [Proszę, powiedz mi, czy tęskniłem za innymi]

Mam tylko niejasne pojęcie o tym, czym jest charakterystyczna impedancja (ten wspaniały film bardzo jednak pomógł), ale wygląda na to, że jest to impedancja równoważnego obwodu RLC.

1. Powinno to zależeć od długości i częstotliwości sygnału, dlaczego tak nie jest?
2. Intuicyjnie powinienem obliczyć charakterystyczną impedancję każdego śladu pad-to-pad i upewnić się, że zawsze wynosi 50 omów. Czy tak jest w przypadku?

Kalkulator online daje (dla miedzi o grubości 18um, 4,7 przenikalności, podłoża o grubości 0,5 mm) 0,9 mm szerokości, aby uzyskać 50 omów. Czy to oznacza, że ​​powinienem trasować wszystkie ślady na tej szerokości, utrzymując je krótkie, ale nie mając ich zbyt blisko siebie, a wtedy nie mam się o co martwić?

Mam tylko niejasne pojęcie o charakterystycznej impedancji

Impedancja charakterystyczna to stosunek napięcia do prądu (a więc impedancji) dla sygnałów propagujących się wzdłuż śladu, który jest określony przez równowagę pojemności i indukcyjności wzdłuż śladu.

Powinno to zależeć od długości i częstotliwości, dlaczego tak nie jest?

Impedancja charakterystyczna zależy od stosunku indukcyjności do pojemności. Ponieważ zarówno indukcyjność, jak i pojemność zwiększają się liniowo wraz ze wzrostem długości śladu, ich stosunek nie zależy od długości śladu.

Ponadto, w granicach, parametry te również niewiele zmieniają się wraz z częstotliwością, więc znowu stosunek nie zależy od częstotliwości, a impedancja charakterystyczna nie zależy od częstotliwości.

Intuicyjnie powinienem obliczyć charakterystyczną impedancję każdego śladu pad-to-pad i upewnić się, że zawsze wynosi 50 omów. Czy tak jest w przypadku?

Jeśli obwody sterujące są zaprojektowane do przenoszenia obciążeń 50 omów, to ogólnie tak. Chcesz również zapewnić dopasowane zakończenie co najmniej jednego końca śledzenia, a być może obu, w zależności od szczegółów twojego obwodu.

Zasadniczo nie trzeba wykonywać osobnych obliczeń dla każdego połączenia. Wystarczy spojrzeć na stos deski i znaleźć szerokość śladu, która osiąga impedancję charakterystyczną dla 50 omów, i zrobić wszystkie swoje ślady na tej szerokości. Możesz użyć mikropasków, linii paskowej lub współpłaszczyznowej geometrii falowodu, w zależności od okoliczności twojego układu. Wykonałbyś osobne obliczenia dla każdej warstwy sygnałowej na płytce drukowanej, a być może dla różnych rodzajów geometrii (mikropask i współpłaszczyznowy, single-ended i różnicowy), jeśli potrzebujesz wszystkich tych kombinacji.

Jeśli długość śladu jest mniejsza niż około 1/10 długości fali przy twojej częstotliwości roboczej, wtedy często możesz uniknąć używania niedopasowanego śladu.

Wydaje mi się, że podsumowałeś prawie wszystko, co bym podsumował, więc przejdę do (łatwej) matematyki, która odpowiada na twoje pytanie (pytania).

Sprawdź to . Przepiszę to tutaj:

$$Z_\mathrm{in} (\ell)=Z_0 \frac{Z_L + jZ_0\tan(\beta \ell)}{Z_0 + jZ_L\tan(\beta \ell)}$$

Powyższa formuła pozwala obliczyć impedancję wejściową bezstratnej linii przesyłowej, jeśli znasz impedancję charakterystyczną , impedancję obciążenia i falową , gdzie jest długość fali w linii przesyłowej.$Z_0$$Z_L$$\beta=\frac{2\pi}{\lambda}$$\lambda$

Teraz wydaje się to skomplikowaną formułą, która mówi ci, że impedancja wejściowa jest bałaganem.

Istnieją dwa sposoby na poprawę tego „bałaganu”:

• $\tan(\beta \ell)=0$ , co dzieje się w imp. ćwierćfalowym. transformatory
• $Z_L = Z_0$ , tak dzieje się, gdy chcesz przenosić sygnały

Przeanalizujmy drugą sytuację. Jeśli :$Z_L=Z_0$

$$Z_\mathrm{in} (\ell)=Z_0 \frac{Z_0 + jZ_0\tan(\beta \ell)}{Z_0 + jZ_0\tan(\beta \ell)}=Z_0$$

I tam właśnie dzieje się magia. Impedancja wejściowa nie zależy od długości śladu i jest to świetne, ponieważ zwykle nie chcesz dbać o długość linii transmisyjnych, gdy są one używane do transmisji: pomyśl o biednym techniku, który musi przeciąć kabel koncentryczny na kilka mm długości fala, może ponad 10 m kabla ... Powodzenia z tym.

To, co zwykle robisz, to tworzenie urządzeń, dzięki którym wszystkie impedancje w ich portach są znane, dzięki czemu projektant PCB (ty!) Może łatwo dopasować rozmiar ścieżek. Zdarza się, że jest bardzo szeroko stosowaną wartością, wyobrażam sobie, ponieważ kable koncentryczne mają naturalną impedancję (podobnie jak w odniesieniu do wielkości i materiałów) . Twoje układy scalone prawdopodobnie mają porty wyjściowe i wejściowe 50 omów, więc użycie śladów 50 omów jest dokładnie tym, co chcesz zrobić.50 $50\Omega$$50\Omega$

Podobnie jak w przypadku innych pytań, ograniczenie przesłuchu, pasożytniczej pojemności lub indukcyjności i wszystko, co przychodzi na myśl, jest zawsze Dobrą Rzeczą więc staraj się, aby twoje trasy były krótkie i dalekie.$^{TM}$