Pour les traces d'une certaine largeur, trois facteurs principaux affecteront l'impédance dePCBtraces. Tout d'abord, l'EMI (interférence électromagnétique) du champ proche de la trace PCB est proportionnelle à la hauteur de la trace par rapport au plan de référence. Plus la hauteur est faible, plus le rayonnement est faible. Deuxièmement, la diaphonie changera de manière significative avec la hauteur de la trace. Si la hauteur est réduite de moitié, la diaphonie sera réduite à près d'un quart. Enfin, plus la hauteur est faible, plus l'impédance est faible et moins sensible aux charges capacitives. Ces trois facteurs permettront au concepteur de garder la trace aussi proche que possible du plan de référence. La raison qui vous empêche de réduire la hauteur de trace à zéro est que la plupart des puces ne peuvent pas piloter des lignes de transmission avec une impédance inférieure à 50 ohms. (Un cas particulier de cette règle est Rambus qui peut conduire 27 ohms, et la série BTL de National, qui peut conduire 17 ohms). Toutes les situations ne sont pas préférables pour utiliser 50 ohms. Par exemple, la très ancienne structure NMOS du processeur 8080 fonctionne à 100 KHz sans les problèmes d'EMI, de diaphonie et de charge capacitive, et il ne peut pas piloter 50 ohms. Pour ce processeur, une impédance élevée signifie une faible consommation d'énergie et vous devez utiliser autant que possible des fils fins à haute impédance. Une perspective purement mécanique doit également être considérée. Par exemple, en termes de densité, la distance entre les couches d'une carte multicouche est très petite et le processus de largeur de ligne requis pour une impédance de 70 ohms est difficile à réaliser. Dans ce cas, vous devez utiliser 50 ohms, qui a une largeur de ligne plus large et est plus facile à fabriquer. Quelle est l'impédance du câble coaxial ? Dans le domaine RF, les problèmes pris en compte ne sont pas les mêmes que ceux pris en compte dans les PCB, mais les câbles coaxiaux dans l'industrie RF ont également une plage d'impédance similaire. Selon la publication CEI (1967), 75 ohms est une norme d'impédance courante pour les câbles coaxiaux (remarque : l'air est utilisé comme couche isolante) car vous pouvez faire correspondre certaines configurations d'antenne courantes. Il définit également un câble de 50 ohms à base de polyéthylène solide, car lorsque la couche de blindage externe de diamètre fixe et de constante diélectrique est fixée à 2,2 (la constante diélectrique du polyéthylène solide), la perte d'effet de peau d'impédance de 50 ohms est la plus faible. Vous pouvez prouver à partir de la physique de base que 50 ohms sont les meilleurs. La perte par effet de peau du câble L (en décibels) est proportionnelle à la résistance totale par effet de peau R (unité de longueur) divisée par l'impédance caractéristique Z0. La résistance totale à l'effet de peau R est la somme de la résistance de la couche de blindage et du conducteur intermédiaire. La résistance à l'effet de peau de la couche écran est inversement proportionnelle à son diamètre d2 aux hautes fréquences. La résistance à l'effet de peau du conducteur interne d'un câble coaxial est inversement proportionnelle à son diamètre d1 aux hautes fréquences. La résistance série totale R est donc proportionnelle à (1/d2 +1/d1). En combinant ces facteurs, étant donné d2 et la constante diélectrique correspondante ER du matériau isolant, vous pouvez utiliser la formule suivante pour réduire la perte par effet de peau. Dans n'importe quel livre de base sur les champs électromagnétiques et les micro-ondes, vous pouvez trouver que Z0 est une fonction de d2, d1 et ER (note : la permittivité relative de la couche isolante). Mettez l'équation 2 dans l'équation 1, et le numérateur et le dénominateur sont multipliés par d2. , Après avoir trié la formule 3, le terme constant (/60)*(1/d2) est séparé, et le terme effectif ((1+d2/d1)/ln(d2/d1)) détermine le point minimum. Examinons de plus près le point minimum de la formule dans la formule 3, qui n'est contrôlé que par d2/d1, et n'a rien à voir avec ER et la valeur fixe d2. Prenez d2/d1 comme paramètre et tracez un graphique pour L. Lorsque d2/d1=3,5911 (Remarque : résolvez une équation transcendantale), obtenez la valeur minimale. En supposant que la constante diélectrique du polyéthylène solide est de 2,25 et d2/d1 = 3,5911, l'impédance caractéristique est de 51,1 ohms. Il y a longtemps, les ingénieurs radio, pour plus de commodité, ont approché cette valeur à 50 ohms comme valeur optimale pour les câbles coaxiaux. Cela prouve qu'autour de 0 ohm, L est le plus petit. Mais cela n'affecte pas votre utilisation d'autres impédances. Par exemple, si vous fabriquez un câble de 75 ohms 5 avec le même diamètre de blindage (Remarque : d2) et le même isolant (Remarque : ER), la perte par effet de peau augmentera de 12 %. Pour différents isolateurs, l'impédance optimale générée par le rapport d2/d1 optimal sera légèrement différente (Remarque : Par exemple, l'isolation de l'air correspond à environ 77 ohms, et l'ingénieur choisit une valeur de 75 ohms pour une utilisation facile). Autres suppléments : la dérivation ci-dessus explique également pourquoi la surface de coupe du câble TV de 75 ohms est une structure à noyau creux en forme de lotus, tandis que le câble de communication de 50 ohms est un noyau solide. Il y a aussi un rappel important. Tant que la situation économique le permet, essayez de choisir un câble avec un grand diamètre extérieur (Note : d2). En plus d'augmenter la résistance, la raison principale est que plus le diamètre extérieur est grand, plus le diamètre intérieur est grand (le rapport de diamètre optimal d2)/d1), la perte RF du conducteur est bien sûr plus petite. Pourquoi 50 ohms sont-ils devenus la norme d'impédance pour les lignes de transmission RF ? Bird Electronics fournit l'une des versions les plus diffusées de l'histoire, tirée de "Cable: Il peut y avoir de nombreuses histoires sur l'origine de 50 ohms" de Harmon Banning. Aux débuts des applications hyperfréquences, pendant la Seconde Guerre mondiale, le choix de l'impédance était totalement dépendant des besoins d'utilisation. Pour le traitement haute puissance, 30 ohms et 44 ohms étaient souvent utilisés. D'autre part, l'impédance de la ligne remplie d'air à plus faible perte est de 93 ohms. A cette époque, pour les hautes fréquences rarement utilisées, il n'y avait pas de câbles souples souples, juste des gaines rigides remplies d'air. Les câbles semi-rigides sont nés au début des années 1950, et les vrais câbles souples hyperfréquences sont apparus environ 10 ans plus tard. Avec l'avancement de la technologie, des normes d'impédance doivent être données afin de trouver un équilibre entre économie et commodité. Aux États-Unis, 50 ohms est un choix de compromis ; pour que l'armée et la marine conjointes résolvent ces problèmes, une organisation appelée JAN a été créée, qui a ensuite été DESC, spécialement développée par le MIL. L'Europe a choisi 60 ohms. En fait, le conduit le plus couramment utilisé aux États-Unis est composé de tiges et de conduites d'eau existantes, et 51,5 ohms sont très courants. C'est étrange de voir et d'utiliser un adaptateur/convertisseur de 50 ohms à 51,5 ohms. Au final, 50 ohms ont gagné, et des conduits spéciaux ont été fabriqués (ou peut-être que les décorateurs ont légèrement modifié le diamètre de leurs tubes). Peu de temps après, sous l'influence d'une entreprise dominante dans l'industrie comme Hewlett-Packard, les Européens ont également été contraints de changer. 75 ohms est la norme pour les communications longue distance. S'agissant d'une ligne de remplissage diélectrique, la perte la plus faible est obtenue à 77 ohms. 93 ohms ont été utilisés pour une connexion courte, comme la connexion d'un ordinateur hôte et d'un moniteur. Sa fonction de faible capacité réduit la charge sur le circuit et permet des connexions plus longues ; les lecteurs intéressés peuvent se référer à la série MIT RadLab, volume 9, qui contient Il y a une description plus détaillée.
