पीसीबी ट्रेस की लंबाई और सिग्नल आवृत्ति की परवाह किए बिना 50 ओम प्रतिबाधा कैसे हो सकती है?

Question

हम्म, यह लाइन प्रतिबाधा पर सिर्फ एक और सवाल लगता है।

मैं समझता हूं कि जब हम "ट्रांसमिशन लाइन" प्रभाव कहते हैं तो हम क्रॉस टॉक, रिफ्लेक्शन और रिंगिंग जैसी चीजों के बारे में बात करते हैं (मुझे लगता है कि बस के बारे में है)। ये प्रभाव कम आवृत्तियों पर मौजूद नहीं होते हैं जहां पीसीबी ट्रेस एक "आदर्श" ट्रांसमिशन माध्यम की तरह व्यवहार करता है, और अधिक जैसे हम अपने शुरुआती स्कूल के दिनों में एक तार के व्यवहार की उम्मीद करते हैं।

मैं यह भी समझता हूं कि 50 ओम मूल्य लाइन प्रतिरोध से नहीं आता है जो बहुत छोटा और 1 ओम से कम होने वाला है। यह मान लाइन पर L और C के अनुपात से आता है। ग्राउंड प्लेन के ऊपर ट्रेस ऊंचाई को बदलकर या ट्रेसिंग चौड़ाई को बदलकर L को बदलने से C प्रतिबाधा बदल जाएगी।

हम सभी जानते हैं कि एल और सी की प्रतिक्रिया प्रतिक्रिया संकेत आवृत्ति पर भी निर्भर करती है। अब मेरे सवाल:

1. हमें इसे केवल लाइन प्रतिबाधा के बजाय लाइन रिएक्शन क्यों नहीं कहना चाहिए?

2. यह सिर्फ 50 ओम कैसे हो सकता है? यह सिग्नल फ्रीक्वेंसी डिपेंडेंट राइट होना चाहिए? जैसे 1 मेगाहर्ट्ज पर 50 ओम

3. क्या दुनिया खत्म हो जाएगी अगर मैंने इसके बजाय 100 ओम या 25 ओम ट्रेस करना चुना? मैं जानता हूं कि जब हम ५० ओम को एक जादू की संख्या के रूप में कहना चाहते हैं, तो यह ५० ओम के आसपास कुछ सीमा में होगा और ५०.०००० ओम बिल्कुल नहीं।

4. क्या कोई समय है जब पीसीबी ट्रेस का वास्तविक प्रतिरोध मायने रखता है?

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यदि आप जानते हैं कि Z, L और C के अनुपात से आता है, तो निश्चित रूप से यह महसूस करने के लिए अधिक सोच नहीं है कि यह आवृत्ति पर निर्भर नहीं है (1MHz या उसके ऊपर)। लंबाई के लिए डिट्टो। -1

— एंडी उर्फ

Answer 1

आइए एक ट्रांसमिशन लाइन के लिए सूत्र और समकक्ष सर्किट देखें।

(१) प्रतिक्रिया के बजाय प्रतिबाधा।

$R,L$$C$

$50\Omega$$R << j\omega L$$G \to 0$$\sqrt{L/C}$

$167\Omega$

$R$

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अन्य बिंदु स्पष्ट हैं, लेकिन आप ढांकता हुआ नुकसान से क्या मतलब है?

— क्वांटम 231

@ क्वांटम 231 ढांकता हुआ ट्रांसमिशन लाइन के दो कंडक्टरों के बीच इन्सुलेशन के लिए सिर्फ एक फैंसी नाम है। दूसरे शब्दों में संधारित्र के बीच सा, सी की तरह सभी संधारित्र अपनी नहीं 'आदर्श' बाहर की जांच en.wikipedia.org/wiki/Loss_tangent

— जिम Dearden

Answer 2

एक संचरण लाइन ने अपनी पूरी लंबाई के साथ अधिष्ठापन और धारिता वितरित की है। हम इसे लाइन के रूप में असीम रूप से कई छोटे प्रेरकों और कैपेसिटर के रूप में सोच सकते हैं:

^{इस सर्किट का अनुकरण करें - सर्किटलैब का उपयोग करके बनाई गई योजनाबद्ध}

प्रत्येक प्रारंभकर्ता उस दर को सीमित करने का कार्य करता है जिस पर संधारित्र चार्ज कर सकता है। लेकिन, जैसा कि हम लाइन को तेजी से कई हिस्सों में विभाजित करते हैं, प्रेरक और कैपेसिटर प्रत्येक छोटे हो जाते हैं। तो, क्या उनकी संख्या मायने रखती है? हम ट्रांसमिशन लाइन को एक से अनंत तक जितने भी सेगमेंट में चाहते हैं, उनमें विभाजित करना चुन सकते हैं। इस प्रकार, हम कैपेसिटर और इंडिकेटर्स को मनमाने ढंग से छोटा कर सकते हैं।

इस प्रकार, इन इंडक्टर्स और कैपेसिटर का मूल्य मायने नहीं रखता। वास्तव में, यह केवल कैपेसिटेंस के लिए प्रेरण का अनुपात है जो मायने रखता है, क्योंकि यह परिवर्तन नहीं करता है क्योंकि ट्रांसमिशन लाइन विभाजित है। और अगर विशेषता प्रतिबाधा नहीं बदलती है क्योंकि रेखा विभाजित है, तो यह इस प्रकार है कि यह भी नहीं बदलता है क्योंकि हम इसे लंबे समय तक बनाते हैं।

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मेरे प्यारे फिल, आपका जवाब है स्पॉट ऑन आई मी। आपने मेरा दिन बनाया: D

— quantum231

मुझे यह जाँचने की आवश्यकता है कि हम ट्रांसमिशन लाइन के लिए Zo का मान कैसे प्राप्त करते हैं।

— क्वांटम 231

Answer 3

फिल ने क्या कहा:

अब कल्पना करें कि इंडेक्सर्स और कैपेसिटर की इस लंबी श्रृंखला में 0 वोल्ट और एम्प्स पर सब कुछ शुरू हो जाता है, फिर आप एक छोर में एक वोल्टेज कदम रखते हैं। जिस तरह से संधारित्र धीमा हो जाता है कि कैपेसिटर को कैसे चार्ज किया जाता है, एक स्थिर प्रवाह प्रवाह होगा, जो आपके द्वारा लगाए गए वोल्टेज के आनुपातिक होगा। चूंकि आपके पास वोल्टेज है और उस वोल्टेज के लिए आनुपातिक है, तो आप दोनों को खोजने के लिए विभाजित कर सकते हैं। प्रतिरोध इस अनंत संचरण लाइन की नकल करता है। वास्तव में, एक आदर्श अनंत ट्रांसमिशन लाइन के लिए, आप ट्रांसमिशन लाइन और बाहर से एक रोकनेवाला के बीच अंतर नहीं बता सकते हैं।

हालाँकि, यह सब केवल तभी काम करता है जब वोल्टेज चरण ट्रांसमिशन लाइन को नीचे रख सकता है। लेकिन, और यहां अहा क्षण है, यदि आपके पास एक छोटी रेखा है, लेकिन इसके अंत के चारों ओर विशेषता प्रतिरोध का एक अवरोधक डालते हैं, तो यह दूसरे छोर पर एक अनंत ट्रांसमिशन लाइन की तरह दिखाई देगा। ऐसा करना ट्रांसमिशन लाइन को समाप्त करना कहलाता है ।

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धन्यवाद ओलिन, इसलिए अनंत ट्रांसमिशन लाइन पर सिग्नल को दूसरी ओर 0 पर ले जाया जाता है। यह वही है जो हम घटित करना चाहते हैं और यही मैंने आपके वर्णन से समझा है।

— क्वांटम 231

एक आदर्श ट्रांसमिशन लाइन में, संकेत अनिश्चित काल तक बरकरार रहता है। एक वास्तविक लाइन में, कंडक्टरों का प्रतिरोध थोड़ी देर के बाद हावी हो जाता है, और सिग्नल को अटेन्ड किया जाता है और कम पास दूरी के साथ फ़िल्टर किया जाता है।

— ओलिन लेट्रोप

उस बिंदु पर: क्या लंबी संचरण रेखाएं घटती / गिरती हैं, और यदि हां, तो किस तंत्र द्वारा?

— फिल फ्रॉस्ट

सबसे अच्छा जवाब मैंने चारों ओर देखा है। जनरेटर "कैसे" जानता है कि ट्रांसमिशन लाइन खुली हुई है और वोल्टेज बढ़ाने की जरूरत है? क्या इलेक्ट्रॉन वापस उछलते हैं? मैं उत्तर देने की कोशिश कर रहा हूं कि यहां (एक आरेख है): Electronics.stackexchange.com/questions/165099/…

— user42875

Answer 4

जिम का बहुत अच्छा जवाब था। कुछ पर विस्तार करने के लिए, हालांकि:

2) 50 ओम 50 ओम (तरह का) है। एक सामग्री का ढांकता हुआ निरंतर थोड़ा सा निर्भर है। इसलिए, 1 गीगाहर्ट्ज के लिए आपके द्वारा चुनी गई ट्रेस ऊंचाई और चौड़ाई 10 गीगाहर्ट्ज पर थोड़ी अलग प्रतिबाधा होगी (यदि आपको अंतर के बारे में चिंता करने की आवश्यकता है, तो आप शायद पहले से ही अंतर के बारे में जानते हैं!)

4) मानक पीसीबी FR4 सामग्री के लिए, ढांकता हुआ नुकसान 0.5 से 1 गीगाहर्ट्ज के आसपास चिंता का विषय बन जाएगा। हालाँकि, जब आपके पास अधिक चालू लाइनें होती हैं, तो परिणाम महत्वपूर्ण हो जाता है। उदाहरण के लिए: यदि आपके पास 1 एम्प है जिसकी लंबाई 6 इंच है, तो 1 औंस तांबे के 6 मिलिट्री चौड़े निशान पर 1 इंच लंबाई है। आपके पास लगभग 0.1V और 60C तापमान के आसपास की एक बूंद होगी। यदि आप उस 0.1 वी ड्रॉप को संभाल नहीं सकते हैं, तो आपको स्पष्ट रूप से ट्रेस को चौड़ा करना होगा या तांबे को मोटा करना होगा।

अंगूठे के एक नियम के रूप में, यदि आपकी लंबाई 1 इंच से कम है, तो अधिकांश डीसी प्रतिरोधों को अनदेखा किया जा सकता है।

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ढांकता हुआ नुकसान पर मुझे लेने से पीसीबी सब्सट्रेट सामग्री (+1) के बारे में अच्छी बात है।

— JIm डियरडेन

ऐसा लगता है कि मुझे उच्च आवृत्तियों पर इस ढांकता हुआ नुकसान के बारे में पढ़ने की आवश्यकता है। क्या यह हॉवर्ड जॉन्सन की हाई स्पीड डिजिटल डिज़ाइन (ब्लैक मैजिक) पुस्तक में कहीं है?

— क्वांटम 231 15

यदि आपको वहाँ नहीं मिल रहा है कि आपको क्या चाहिए, तो आपको संभवतः पर्याप्त जानकारी मिल जाएगी, जो केवल सामग्री बनाम आवृत्ति के नुकसान स्पर्शरेखा के बारे में जानकारी देख रही है। कई आरएफ सिमुलेटर में भी इन गणनाओं का निर्माण किया जाएगा। इसके अलावा, आपके सर्किट बोर्ड की सामग्री के डेटाशीट अक्सर आपको ग्राफ बनाम आवृत्ति दिखाते हैं। यदि आपको उच्च आवृत्तियों पर डीके के बारे में चिंता शुरू करने की आवश्यकता है, तो आप एक रोजर्स या टैकोनिक बोर्ड सामग्री की तरह कुछ चाहते हैं जिसमें आवृत्ति पर एक चापलूसी हानि प्रोफ़ाइल है।

— 15

Answer 5

एक सरल हाथ से लहराता स्पष्टीकरण है कि एक (आदर्श) ट्रांसमिशन लाइन का प्रभावी प्रतिबाधा एक स्थिर क्यों है। अन्य स्पष्टीकरण ट्रांसमिशन लाइन के मॉडल में ली और सीआई को "चयन" करने के तरीके पर कुछ भ्रम छोड़ते हैं। ये Li और Ci वास्तव में क्या हैं?

सबसे पहले, एक बार हम "ट्रांसमिशन लाइन" कहते हैं, हम लंबी तारों के बारे में बात कर रहे हैं। कितना लंबा? एक विद्युत चुम्बकीय तरंग की लंबाई की तुलना में लंबा है जो लाइन के साथ प्रसारित होता है। इसलिए, हम या तो बहुत लंबी लाइनों (मील और मील), या बहुत उच्च आवृत्तियों के बारे में बात कर रहे हैं। लेकिन लंबाई का पता लगाने के लिए तरंग दैर्ध्य की अवधारणा मौलिक रूप से महत्वपूर्ण है।

अब, जैसा कि लोगों ने उल्लेख किया है, एक ट्रेस में लंबाई की प्रति इकाई कुछ इंडक्शन है , और, इसी प्रकार, कुछ कैपेसिटेंस, फिर से लंबाई के लिए आनुपातिक है । ये L और C प्रति यूनिट लंबाई के इंडक्शन और कैपेसिटेंस हैं । तो, एक वायर सेगमेंट का वास्तविक अधिष्ठापन एल = एल * लंबाई होगा; C के लिए समान ।

अब ट्रेस में आने वाली एक साइन लहर पर विचार करें। तरंगें प्रकाश की गति से फैलती हैं (विशेष रूप से ढांकता हुआ / वायु मीडिया में यह लगभग 150ps / इंच है)। प्रत्येक और प्रत्येक क्षण विशेष चार्ज विचलन (तरंग) इस तरंग की संबंधित लंबाई के बराबर तार के एक खंड के साथ बातचीत करता है। धीमी आवृत्तियों की लंबाई लंबी होती है, जबकि तेज आवृत्ति घटकों में आनुपातिक रूप से कम लंबाई होती है। तो हमारे पास क्या है? लम्बी लहरें "लंबे समय तक ट्रेस" करती हैं और इसलिए एक बड़ा एल , और बड़ा कैपेसिटेंस सी । छोटे (उच्च आवृत्ति) तरंगें "छोटी प्रभावी रेखा की लंबाई" को देखती हैं, और इसलिए छोटे एल और सी । तो, प्रभावी एल और सी दोनोंतरंग दैर्ध्य के आनुपातिक हैं। चूंकि लाइन का प्रतिबाधा Z0 = SQRT ( L / C ) है, लंबाई के कैंसिल पर L और C की निर्भरता है , और इसीलिए विभिन्न आवृत्तियों वाली तरंगें समान प्रभावी प्रतिबाधा Z0 को "देखती हैं"।