L'RLC distribuito è una variabile per unità di lunghezza che dipende dalla larghezza della traccia e dal rapporto spessore / spazio rispetto al terreno e al dielettrico e, che determina Z _o .

• piccoli cambiamenti si verificano a causa della conduttività e degli effetti sulla pelle, ma

Poiché i valori RLC sono distribuiti e l'impedenza dipende dai rapporti, la lunghezza non ha effetto su Z _o , ma influisce sull'attenuazione.

Quando c'è un carico non corrispondente e ω, il ritardo di propagazione è inferiore al tempo di salita. Il risultato è un overshoot e quando non corrisponde alla sorgente, si verifica un'altra riflessione che si traduce nella classica forma d'onda ad anello smorzata a metà ciclo corrispondente a questo tempo di ritardo di propagazione.

L'induttanza aumenta con la larghezza della traccia inferiore alla lunghezza dell'intervallo, mentre la capacità aumenta con l'area del conduttore rispetto al rapporto dell'intervallo per la lunghezza.

• Quindi l'ingresso e l'uscita dell'impedenza di questa linea di trasmissione diventa il rapporto di \ $ Z_o = \ sqrt {\ frac {R + \ omega L} {G + \ omega C}} \ $ che con ω alto o x piccolo, puoi trascurare R e G, e in DC puoi trascurare L e C.

• Se Z _o è molto inferiore al carico, C domina la risposta con una resistenza di origine fissa.

• Quando Z _o è maggiore del carico, allora L domina la risposta.

La prova matematica per quanto sopra esiste, ma non viene mostrata per brevità.

Commenti finali

• Z _o è distribuito dal rapporto di impedenza geometrica del percorso. Poiché l'effetto pelle influisce sullo spessore effettivo, R aumenta con f rapidamente vicino e sopra la profondità della pelle mentre i dielettrici Zc (f) si abbassano con l'aumentare di f. Pertanto il cibo umido con la costante dielettrica elevata (80) dell'acqua assorbe più corrente rispetto ai cibi secchi e il sale aumenta il valore G per deviare più corrente.

• Nei conduttori e nei dielettrici, la lunghezza influisce sul livello del segnale e sulla frequenza in base al ritardo temporale e alla frequenza di risonanza del percorso in ciascuna dimensione dipendente dalla geometria.

• Ma non permettere a nessuno di deviare il tuo pensiero che la lunghezza non ha importanza Solo perché Z _o potrebbe non cambiare; length e Z _o influisce sicuramente sulla corrente di percorso verso un carico, ma alle basse frequenze non la rappresenta come una resistenza di carico, piuttosto diventa più dominata dalla reattanza di lunghezza.

Questa lunghezza ha un forte effetto sui tempi di salita, sul ritardo e sulla corrente dell'onda, che influenza le correnti della linea di trasmissione di potenza, le equalizzazioni wireless, l'equalizzazione del modem e i tempi di salita del livello logico.

La lunghezza e Z _o influiscono sulla perdita di percorso e ritardi speciali con rapporti frequenza / lunghezza come riflessioni di impedenza di 1/4 d'onda (inversione) e tutte le armoniche dispari della stessa.

Esiste anche un modello di perdita dipendente dalla frequenza chiamato impedenza di trasferimento, che è influenzato dagli effetti di impedenza sui modelli di tessitura coassiale, schermi secondari a lamina e qualità della messa a terra nel video distribuito.

Per separare il contributo della perdita a tutte queste variabili dipendenti dalla frequenza, è necessario utilizzare parametri di scattering per definire Z _o con qualche riferimento sorgente / carico, che sono disponibili anche per le parti passive nelle applicazioni a microonde per definire meglio l'impedenza e il flusso di corrente nel pezzo.

Poiché i valori di L e C in Z _o implicano un ritardo di gruppo e i valori dei parametri tendono a cambiare con il rapporto onda / lunghezza, ci sono tolleranze che causano ritardi disuguali e dispersione o chiusura di modelli di occhio sui segnali digitali che le scelte devono essere fatte per ridurre questi effetti. Se il condotto non può essere migliorato con una guida d'onda di precisione rigida, il segnale può essere suddiviso in piccole bande audio ed elaborato con la propria equalizzazione per ottenere un segnale di qualità molto superiore rispetto al segnale di base aggregato.

Risposta a input aggiunto nella domanda

Una traccia lunga da punto a punto (diciamo 150 mm) rispetto a una traccia corta (diciamo 10 mm) ha qualche effetto sulla qualità del segnale?

Come ho indicato sopra, Z _o dipende strettamente dalla geometria del rapporto lunghezza / spessore dei conduttori per una costante dielettrica scelta, e la tolleranza su entrambi è molto importante, quindi un test TDR dovrebbe essere pagato presso il negozio di schede per garantire che i codici D siano ottimizzati per corrispondere alla deviazione del lotto sulla costante D. Dwgs deve definire Z _o per ogni traccia di codice D necessaria.

Dopo tutto è il rapporto lunghezza / larghezza della traccia che determina Z _o e la mancata corrispondenza che risulterà. Quindi una traccia più lunga non ha importanza fintanto che anche la larghezza della pista viene allargata o lo spazio dielettrico più sottile.

• La seconda differenza fondamentale è che il ritardo di propagazione influisce sui ritardi RAS / CAS.
• La terza cosa è che più lunga è la linea, maggiori sono le possibilità di curve, disadattamento e errori di tolleranza di incisione sul binario, quindi la tolleranza è leggermente più ampia. Ecco perché un cavo HDMI da 50 m a 24 Gbit / s è più difficile da realizzare rispetto a un cavo da 1 m da 5 Gbit / s per schermi 4K e 3D ad alta risoluzione con frequenze di aggiornamento elevate. Non impossibile, ma forse costa il doppio / piede con cavi più rigidi, induttanza di modo comune e schermi secondari isolati.
  • Nelle tracce PCB, l'effetto pelle ha un effetto sull'induttanza del conduttore e sulla resistenza anche alle frequenze UHF, quindi anche i rivestimenti in rame fanno la differenza, così come la tangente di perdita relativa a G e C influisce sulla qualità del segnale e le persone si muovono verso l'alto in poliammide, teflon o ceramica per segnali a GHz superiori.

DDR3 ha un'impedenza nominale del driver di 34 Ω (30,5–38,1) secondo gli standard che ho letto, ma ci sono varie opzioni Z _o per i segnali nominali e scritture dinamiche.

In prima approssimazione, gli unici effetti della lunghezza sono l'attenuazione e il ritardo. Nel caso in cui la linea sia terminata nella sua impedenza caratteristica (il carico corrisponde perfettamente all'impedenza della linea di trasmissione), il segnale al carico sarà sempre più piccolo man mano che la linea diventa sempre più lunga. Normalmente questo non è un problema con i segnali digitali su un PCB. L'attenuazione normalmente non è significativa. Può essere importante nei segnali che vanno fuori bordo in cavi lunghi (DSL, LVDS, ethernet, video, ecc.).

Nel caso in cui la linea sia terminata con un'impedenza che non corrisponde, ci sarà una riflessione dal carico alla sorgente di azionamento. Questa riflessione interromperà la forma d'onda alla sorgente. A causa del ritardo, qualsiasi riflesso dall'estremità lontana avverrà in un momento diverso a seconda della lunghezza della linea di trasmissione, quindi può sicuramente influire sull'integrità del segnale. È possibile che in alcuni casi l'allungamento di una linea possa migliorare l'integrità del segnale spostando il riflesso in un punto in cui è innocuo. Questo potrebbe essere un problema ogni volta che hai una segnalazione bidirezionale su una linea.

C'è un altro problema. L'integrità del segnale include anche la temporizzazione. Tracce lunghe, a causa del ritardo che aggiungono, possono causare errori di temporizzazione semplicemente impiegando troppo tempo. Ad esempio, il chip di memoria deve ricevere un comando di lettura, quindi affermare dati validi sulle linee, quindi quel segnale di dati validi deve propagarsi all'host e infine essere letto dall'host. Se il "tempo di volo" dei segnali è troppo lungo, il chip di memoria non sarà in grado di affermare dati validi abbastanza velocemente da soddisfare i requisiti di temporizzazione della configurazione dell'host. Quindi, lunghe linee di trasmissione possono anche influenzare l'integrità del segnale in questo modo.

Giusto per rafforzare ciò che ha detto @ThePhoton nella sua eccellente risposta, anche il vuoto ha il suo valore di impedenza caratteristica, che di solito viene chiamata \ $ Z_0 \ $ (ovvero impedenza caratteristica dello spazio libero):

$$ Z_0 = \ frac {E} {H} = \ sqrt {\ frac {\ mu_0} {\ epsilon_0}} \ circa 377 \ Omega $$

Non ha nulla a che fare con le correnti, la legge di Ohm e la resistenza, ma è il rapporto tra le ampiezze dei campi E e H per un'onda piana che viaggia nello spazio libero, e sembra che abbia ohm come unità di misura!

Sebbene le altre risposte non siano sbagliate, non credo che affrontino adeguatamente l'ostacolo concettuale fondamentale alla comprensione dell'impedenza caratteristica.

Immagina di essere un'onda. Ti propaghi facendo un passo: questi passaggi hanno sempre le stesse dimensioni. Questa è la tua lunghezza d'onda.

L'impedenza caratteristica è l'impedenza, o resistenza, che sentirai facendo ogni passo. Una bassa impedenza potrebbe sembrare una camminata normale, mentre un'alta impedenza potrebbe sembrare una camminata nel fango: c'è molta più viscosità che resiste al movimento della gamba ogni volta che fai un passo.

Ora, l'energia o la perdita totale o il modo in cui vorresti guardarla dipenderà molto dalla lunghezza, e lo fa. Ma non importa quanto lontano devi andare, sarà una certa difficoltà fare un passo nell'aria e un passo nel fango. L'impedenza caratteristica è l'impedenza percepita facendo un passo. Il numero di passaggi da eseguire non modifica questo valore.

Per riportare le cose nella realtà un po 'meno analogia, l'impedenza caratteristica è l'impedenza che una lunghezza d'onda di un'onda elettromagnetica in propagazione "percepirà" attraverso una data linea di trasmissione. Questo è il motivo per cui è chiamata impedenza caratteristica : è un'impedenza che ne caratterizza la natura generale. Ad ogni passo, il segnale vedrà la stessa impedenza tra esso e il passo successivo.

Questo è il motivo per cui è possibile terminare una linea di trasmissione da 50 Ω con un resistore da 50 Ω su un'estremità indipendentemente dalla lunghezza: si può vedere la terminazione come il `` passo '' finale che l'onda compie nel suo viaggio di trasmissione, quindi un concentrato di 50 Ω la resistenza attraverso la coppia di linee di trasmissione è perfettamente accettabile, perché l'onda ha già sperimentato 50 Ω di impedenza in ogni momento.

Ora, prendiamo questa comprensione concettuale come contesto e tocchiamo l'eccellente risposta di The Phonon.

Sapendo che l'impedenza caratteristica è, infatti, l'impedenza percepita in un dato momento quando si viaggia lungo una linea di trasmissione, diventa ovvio che questo è anche il rapporto tra tensione e corrente che non causerà una riflessione.

Tuttavia, questo potrebbe ancora creare confusione. Ciò non significherebbe che le frequenze più alte, dovendo fare più passi, sperimenterebbero molta più resistenza per la stessa lunghezza di linea? Ebbene, l'attenuazione lungo una linea di trasmissione generalmente aumenta con la frequenza, ma non per questo.

Supponiamo di ottenere la parte "caratteristica" dell'impedenza caratteristica. Ma devi anche ottenere la parte dell'impedenza. L'impedenza è un valore complesso, il che significa che ha componenti sia reali che immaginarie.

Immaginario in senso matematico: non cadere nella trappola di prendere alla lettera l'immaginario in un contesto matematico. È un nome, tutto qui. I numeri immaginari sono denominati come una sorta di gioco di parole rispetto al nome che abbiamo dato alla linea numerica di base opposta - numeri reali. Tutti i numeri sono, tecnicamente, immaginari. Allo stesso modo, nessun numero è reale. Ma alcuni sono immaginari. E alcuni sono reali.

I numeri reali ei numeri immaginari formano il piano complesso, che può essere immaginato come due assi ad angolo retto, uno è la linea dei numeri reali, che si estende da -∞ a ∞, l'altro è la linea dei numeri immaginari, che si estende da -∞ * i a ∞ * i. E sappiamo che esistono e ne abbiamo bisogno perché ci sono equazioni le cui soluzioni richiedono numeri immaginari. Senza di loro, ignori semplicemente la capacità di rispondere a un'intera categoria di equazioni. Nel modo più semplice, i numeri immaginari ci consentono di dare una risposta a questa equazione: \ $ x ^ {2} + 1 = 0 \ $. x, ovviamente, è uguale a i .

OK, era un po 'una tangente, ma una comprensione valida dei numeri complessi è assolutamente necessaria prima di poter capire l'impedenza.

L'impedenza è costituita da un componente reale, che è semplicemente una resistenza CC, e da un componente immaginario chiamato reattanza. La reattanza è una resistenza apparente, ma non è dovuta alla dissipazione di energia sotto forma di calore (come con la resistenza), ma piuttosto all'accumulo temporaneo di energia che viene successivamente rilasciata. Se vedi energia che viene sottratta perché viene immagazzinata in un campo elettrico (noto anche come condensatore) o in un campo magnetico (induttore), in quel momento appare proprio come energia che viene semplicemente persa come calore a causa della resistenza.

Dipende dalla linea di trasmissione, ma ovviamente subiscono perdite crescenti con la lunghezza. Di solito lo troverai in qualche modo indirettamente dato come "attenuazione per piede" o attenuazione per 100 metri o simile, in dB /. Ciò includerà le perdite dovute alla resistenza reale (che non è nemmeno semplice come misurare con un ohmmetro - la frequenza cambierà cose come la profondità della pelle, facendo apparire lo stesso conduttore più resistivo, ecc., Ecc.), Perdita dielettrica, qualsiasi altra cosa causare una vera dissipazione di energia in entropia / calore.

L'impedenza caratteristica è, generalmente, quasi interamente dovuta alla reattanza. Quindi 50 Ω di reattanza e 0 Ω di resistenza non causerebbero effettivamente alcuna perdita - sarebbe solo una perdita temporanea poiché l'energia viene immagazzinata, ma poi rilasciata, di nuovo nella linea. Se hai un rapporto tra tensione e corrente che non è tale che la caduta di tensione (energia immagazzinata) a una data corrente sia uguale alla tensione attraverso la linea di trasmissione, allora non bilanci perfettamente l'energia immagazzinata con l'energia rilasciata, e tu ottenere la rovina dell'esistenza dell'integrità del segnale, RIFLESSIONI !! Oh no!

Questo ciclo di accumulo e rilascio di energia forma un'onda stazionaria nella nostra linea di trasmissione.Qualsiasi tensione in eccesso costringe più corrente a fluire, il che significa che abbiamo superato la capacità di accumulo di energia del cavo, quindi la fase viene espulsa e la nostra onda stazionaria viene disturbata in modo distruttivo.Il nostro segnale è, a vari livelli, distrutto.