Sollte jede HF-führende Leiterbahn eine charakteristische Impedanz von 50 Ohm haben? Wie?

Ich habe nur eine vage Vorstellung davon, welcher Wellenwiderstand

Die charakteristische Impedanz ist das Verhältnis von Spannung zu Strom (also eine Impedanz) für Signale, die sich entlang der Spur ausbreiten, was durch das Gleichgewicht von Kapazität und Induktivität entlang der Spur bestimmt wird.

Es sollte von der Länge und der Frequenz abhängen, wie kommt es, dass es das nicht ist?

Der Wellenwiderstand hängt vom Verhältnis von Induktivität zu Kapazität ab. Da sowohl die Induktivität als auch die Kapazität mit zunehmender Leiterbahnlänge linear zunehmen, hängt ihr Verhältnis nicht von der Leiterbahnlänge ab.

Außerdem ändern sich diese Parameter innerhalb gewisser Grenzen auch nicht viel mit der Frequenz, so dass wiederum das Verhältnis nicht von der Frequenz abhängt und die charakteristische Impedanz nicht von der Frequenz abhängt.

Intuitiv sollte ich die charakteristische Impedanz jeder Leiterbahn von Pad zu Pad berechnen und sicherstellen, dass sie immer 50 Ohm beträgt. Ist das der Fall?

Wenn die Treiberschaltungen für die Ansteuerung von 50-Ohm-Lasten ausgelegt sind, dann im Allgemeinen ja. Sie möchten auch einen angepassten Abschluss an mindestens einem Ende der Leiterbahn und möglicherweise an beiden, abhängig von den Details Ihrer Schaltung, bereitstellen.

Im Allgemeinen müssen Sie nicht für jede Verbindung eine separate Berechnung durchführen. Sie sehen sich einfach Ihren Platinenstapel an und finden eine Leiterbahnbreite, die eine charakteristische Impedanz von 50 Ohm erreicht, und machen alle Ihre Leiterbahnen mit dieser Breite. Abhängig von den Umständen Ihres Layouts können Sie Mikrostreifen-, Streifenleitungs- oder koplanare Wellenleitergeometrie verwenden. Sie würden für jede Signalschicht auf Ihrer Leiterplatte und möglicherweise für die verschiedenen Geometrietypen (Mikrostreifen und koplanar, unsymmetrisch und differenziell) eine separate Berechnung durchführen, wenn Sie alle diese Kombinationen verwenden müssen.

Wenn die Leiterbahnlänge weniger als etwa 1/10 einer Wellenlänge bei Ihrer Betriebsfrequenz beträgt, können Sie oft mit einer unangepassten Leiterbahn davonkommen.

Es scheint mir, dass Sie so ziemlich alles zusammengefasst haben, was ich zusammengefasst hätte, also werde ich auf die (einfache) Mathematik eingehen, die Ihre Frage(n) beantwortet.

Überprüfen Sie dies . Ich schreibe es hier nochmal auf:

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

Mit der obigen Formel können Sie die Eingangsimpedanz einer verlustfreien Übertragungsleitung berechnen, wenn Sie die charakteristische Impedanz kennen$Z_0$, die Lastimpedanz$Z_L$und die Wellenzahl$\beta=\frac{2\pi}{\lambda}$, wo$\lambda$ist die Wellenlänge in der Übertragungsleitung.

Nun, das scheint eine komplizierte Formel zu sein, was es Ihnen sagt, ist, dass die Eingangsimpedanz ein Durcheinander ist.

Es gibt zwei Möglichkeiten, dieses „Durcheinander“ zu verbessern:

• $\tan(\beta \ell)=0$, was passiert in Viertelwelle imp. Transformer
• $Z_L = Z_0$, das passiert, wenn Sie Signale herumtragen wollen

Betrachten wir die zweite Situation. Wenn$Z_L=Z_0$:

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

Und genau da passiert die Magie. Die Eingangsimpedanz hängt nicht von der Leiterbahnlänge ab , und das ist großartig, da Sie sich normalerweise nicht darum kümmern möchten, wie lang Übertragungsleitungen sind, wenn sie zum Senden verwendet werden: Stellen Sie sich einen armen Techniker vor, der ein Koaxialkabel auf einige mm Länge kürzen muss Welle, vielleicht über 10m Kabel ... Viel Glück damit.

Was Sie dann normalerweise tun, ist, Geräte so herzustellen, dass alle Impedanzen an ihren Anschlüssen bekannt sind, damit der PCB-Designer (Sie!) die Leiterbahnen leicht dimensionieren kann. Das kommt vor$50\Omega$ist ein sehr weit verbreiteter Wert, stelle ich mir vor, weil Koaxialkabel zufällig eine inhärente (wie in Größe und Material inhärente)$50\Omega$Impedanz. Ihre ICs haben wahrscheinlich 50-Ohm-Ausgangs- und -Eingangsports, daher ist die Verwendung von 50-Ohm-Spuren genau das, was Sie tun möchten.

Gemäß Ihren anderen Fragen ist es immer eine gute Sache, das Übersprechen, die parasitäre Kapazität oder Induktivität und alles, was Ihnen nicht ideal ist, zu reduzieren$^{TM}$Geben Sie also Ihr Bestes, um Ihre Spuren kurz und weit zu halten.