แต่ละร่องรอยที่มีคลื่นความถี่วิทยุนั้นควรมีค่าความต้านทานที่ 50Ohm หรือไม่? อย่างไร?

ฉันต้องแปลแผนผังตัวรับสัญญาณ VHF (160MHz) เป็น PCB หลังจากดูที่นี่แล้วฉันก็สับสนเล็กน้อย

ดูเหมือนว่าประเด็นหลักของ RF คือ

เพื่อหลีกเลี่ยงตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุหลงทางโดยหลีกเลี่ยงทางใกล้ (ความจุขึ้น) รางกว้าง (ตัวเก็บประจุที่มีระนาบกราวด์อยู่ด้านล่าง) และทางยาว (ตัวเหนี่ยวนำขึ้น)
เพื่อหลีกเลี่ยงการสะท้อนสัญญาณโดยหลีกเลี่ยงการเปลี่ยนแปลงอย่างฉับพลันใน "ลักษณะความต้านทาน"

[โปรดบอกฉันทีว่าฉันคิดถึงคนอื่น]

ฉันมีความคิดที่คลุมเครือว่าอิมพีแดนซ์ลักษณะเฉพาะคืออะไร ( วิดีโอที่ยอดเยี่ยมนี้ช่วยได้มาก) แต่ดูเหมือนว่ามันเป็นความต้านทานของวงจร RLC ที่เทียบเท่ากัน

ควรขึ้นอยู่กับความยาวและความถี่ของสัญญาณ
ฉันควรคำนวณความต้านทานลักษณะเฉพาะของการติดตามแบบ pad-to-pad แต่ละครั้งและให้แน่ใจว่ามันอยู่ที่ 50Ohm เสมอ เป็นอย่างนั้นเหรอ?

เครื่องคิดเลขออนไลน์ให้ (สำหรับทองแดงหนา 18um, 4.7 การอนุญาต, วัสดุพิมพ์หนา 0.5 มม.) ฉันกว้าง 0.9 มม. เพื่อรับ 50Ohms หมายความว่าฉันควรกำหนดเส้นทางการติดตามทั้งหมดที่ความกว้างนี้ทำให้สั้น แต่ไม่ต้องใกล้ชิดกันมากเกินไปแล้วฉันไม่มีอะไรต้องกังวล

pcb rf impedance

— user42875
แหล่งที่มา

อีกอันหนึ่ง: youtube.com/watch?v=Il_eju4D_TM

— AndreKR

PCB trace มีความต้านทาน 50 โอห์มได้อย่างไรโดยไม่คำนึงถึงความยาวและความถี่สัญญาณ

— Phil Frost

คำตอบ:

ฉันมีความคิดที่คลุมเครือเกี่ยวกับความต้านทานลักษณะเฉพาะ

ลักษณะความต้านทานคืออัตราส่วนของแรงดันไฟฟ้าต่อกระแสไฟฟ้า (เช่นความต้านทาน) สำหรับสัญญาณที่แพร่กระจายไปตามรอยซึ่งถูกกำหนดโดยความสมดุลของความจุและการเหนี่ยวนำตามรอย

ควรขึ้นอยู่กับความยาวและความถี่ว่าทำไมมันถึงไม่เป็นเช่นนั้น?

ลักษณะความต้านทานขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของตัวเหนี่ยวนำต่อความจุ เนื่องจากทั้งตัวเหนี่ยวนำและความจุเพิ่มขึ้นเป็นเส้นตรงเมื่อความยาวการติดตามเพิ่มขึ้นอัตราส่วนของพวกเขาจึงไม่ขึ้นอยู่กับความยาวการติดตาม

นอกจากนี้ภายในขอบเขตพารามิเตอร์เหล่านี้ยังไม่เปลี่ยนแปลงมากนักกับความถี่ดังนั้นอัตราส่วนไม่ขึ้นอยู่กับความถี่และอิมพีแดนซ์ลักษณะไม่ได้ขึ้นอยู่กับความถี่

ฉันควรคำนวณความต้านทานลักษณะเฉพาะของการติดตามแบบ pad-to-pad แต่ละครั้งและให้แน่ใจว่ามันอยู่ที่ 50Ohm เสมอ เป็นอย่างนั้นเหรอ?

หากวงจรการขับขี่นั้นออกแบบมาให้ขับโหลด 50 โอห์มได้โดยทั่วไปแล้วใช่ นอกจากนี้คุณยังต้องการให้มีการยกเลิกที่จับคู่กันอย่างน้อยหนึ่งจุดสิ้นสุดของการติดตามและอาจเป็นไปได้ทั้งสองอย่างขึ้นอยู่กับรายละเอียดของวงจรของคุณ

โดยทั่วไปคุณไม่จำเป็นต้องทำการคำนวณแยกต่างหากสำหรับการเชื่อมต่อแต่ละครั้ง คุณเพียงแค่ดูที่สแต็กบอร์ดของคุณและค้นหาความกว้างของการติดตามที่ได้ความต้านทานลักษณะ 50 โอห์มและทำการติดตามความกว้างทั้งหมดของคุณ คุณอาจใช้ microstrip, stripline หรือ coplanar waveguide geometry ขึ้นอยู่กับสถานการณ์ของเค้าโครงของคุณ คุณจะทำการคำนวณแยกต่างหากสำหรับแต่ละเลเยอร์สัญญาณบน PCB ของคุณและอาจเป็นรูปแบบเรขาคณิตที่แตกต่างกัน (microstrip และ coplanar แบบปลายเดี่ยวและส่วนต่าง) หากคุณจำเป็นต้องใช้ชุดค่าผสมเหล่านั้นทั้งหมด

หากความยาวการติดตามน้อยกว่า 1/10 ของความยาวคลื่นที่ความถี่ในการใช้งานของคุณคุณจะสามารถใช้การติดตามแบบไม่ตรงกัน

— โฟตอน
แหล่งที่มา

ขอบคุณมาก. ควรใช้ microstrips, striplines และ waveguides เมื่อใด? นอกจากนี้ฉันสับสนตอนนี้เกี่ยวกับวิธีการเปลี่ยนแรงสะท้อน คุณเห็นการแก้ไขของฉันไหม?

— 42875

ที่นี่ในความเป็นจริง: electronics.stackexchange.com/questions/165099/ …

— 42875

ดูเหมือนว่าฉันจะสรุปสิ่งที่ฉันจะสรุปได้ทั้งหมดดังนั้นฉันจะเข้าสู่คณิตศาสตร์ (ง่าย) ที่ตอบคำถามของคุณ

ตรวจสอบนี้ออก ฉันจะเขียนมันใหม่ที่นี่:

Z_{i n} (ℓ) = Z_{0} \frac{Z_{L} + j Z_{0} \tan (β ℓ)}{Z_{0} + j Z_{L} \tan (β ℓ)}

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

สูตรด้านบนช่วยให้คุณสามารถคำนวณอิมพิแดนซ์อินพุตของสายส่งแบบไม่สูญเสียถ้าคุณรู้ลักษณะความต้านทาน , โหลดความต้านทานและ wavenumberโดยที่คือ ความยาวคลื่นในสายส่ง $Z_0$ $Z_L$ $\beta=\frac{2\pi}{\lambda}$ $\lambda$

ตอนนี้ดูเหมือนว่าจะเป็นสูตรที่ซับซ้อนสิ่งที่บอกคุณก็คือความต้านทานอินพุตเป็นระเบียบ

มีสองวิธีในการปรับปรุง "ระเบียบ" นี้:

$\tan(\beta \ell)=0$ สิ่งที่เกิดขึ้นในการบอกกล่าวคลื่นควอเตอร์ หม้อแปลง
$Z_L = Z_0$ นั่นคือสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อคุณต้องการส่งสัญญาณ

ลองตรวจสอบสถานการณ์ที่สอง ถ้า : $Z_L=Z_0$

Z_{i n} (ℓ) = Z_{0} \frac{Z_{0} + j Z_{0} \tan (β ℓ)}{Z_{0} + j Z_{0} \tan (β ℓ)} = Z_{0}

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

และนั่นคือสิ่งที่เวทมนตร์เกิดขึ้น อิมพีแดนซ์อินพุตไม่ขึ้นอยู่กับความยาวการติดตามและยอดเยี่ยมเนื่องจากคุณไม่ต้องการที่จะดูแลว่าสายส่งใช้เวลานานแค่ไหนในการรับส่ง: คิดถึงช่างเทคนิคที่ยากจนที่ต้องการตัดสายโคแอกเซียลยาวหนึ่งมม. คลื่นบางทีสายเคเบิลยาวกว่า 10 ม. ... ขอให้โชคดี

สิ่งที่คุณมักจะทำคือทำอุปกรณ์เพื่อให้ทราบความต้านทานทั้งหมดที่พอร์ตของตนเพื่อให้ผู้ออกแบบ PCB (คุณ!) สามารถปรับขนาดแทร็กได้อย่างง่ายดาย มันเกิดขึ้นที่เป็นมากค่าใช้กันอย่างแพร่หลายเพราะผมคิดว่าสาย coaxial เกิดขึ้นจะมีโดยธรรมชาติ (ในขณะที่ขนาดและวัสดุธรรมชาติ)ต้านทาน ไอซีของคุณอาจมีเอาต์พุต 50 โอห์มและพอร์ตอินพุทดังนั้นการใช้ 50 โอห์มเทรซจึงเป็นสิ่งที่คุณต้องการ $50\Omega$ $50\Omega$

ตามคำถามอื่น ๆ ของคุณดีการลดการพูดคุยข้ามความสามารถในการกาฝากหรือการเหนี่ยวนำและสิ่งที่ไม่ใช่ความคิดนึกคิดนั้นเป็นสิ่งที่ดีดังนั้นจงทำให้ดีที่สุดเพื่อให้เส้นทางของคุณสั้นและไกล $^{TM}$

— Vladimir Cravero
แหล่งที่มา

เห็นได้ชัดว่าใช้งาน 50Ohm เพราะมันเป็นการประนีประนอมที่ดีระหว่างการถ่ายโอนพลังงานและการลดทอนสัญญาณ ... ขอบคุณสำหรับสิ่งนี้!

— user42875

ฉันได้อัปเดตคำตอบแล้วพยายามเข้าใจว่าภาพสะท้อนการทำงานอย่างไรสนใจดูได้หรือไม่

— 42875

@ user42875 โปรดอย่าแก้ไขคำถามเดิมของคุณ แต่โพสต์อีกคำถามหนึ่ง (หลังจากค้นหาว่าได้รับคำตอบแล้ว)

— Vladimir Cravero

ตกลงทำได้ที่นี่: electronics.stackexchange.com/questions/165099/…

— user42875