Пытанне 50 Ом: Адпаведнасць імпедансу ў РФ-дызайне

РЧ-сігналы рэальнага жыцця
Супадзенне імпедансу - гэта асноўны аспект праектавання і тэсціравання РФ; Адлюстраванне сігналу, выкліканае неадпаведнасцю імпедансаў, можа прывесці да сур'ёзных праблем.

Супадзенне выглядае як трывіяльнае практыкаванне, калі вы маеце справу з тэарэтычнай схемай, якая складаецца з ідэальнага крыніцы, лініі электраперадачы і нагрузкі.

Дапусцім, што імпеданс нагрузкі фіксаваны. Усё, што нам трэба зрабіць, гэта ўключыць імпеданс крыніцы (ZS), роўны ZL, а затым спраектаваць лінію перадачы так, каб яе характэрны імпеданс (Z0) быў таксама роўны ZL.

Але давайце разгледзім на імгненне складанасць рэалізацыі гэтай схемы на працягу ўсёй складанай схемы РФ, якая складаецца з шматлікіх пасіўных кампанентаў і інтэгральных схем. Працэс праектавання РФ быў бы вельмі няпростым, калі б інжынерам прыйшлося змяняць кожны кампанент і ўказваць памеры кожнай мікрасмугі ў адпаведнасці з адным імпедансам, абраным у якасці асновы для ўсіх астатніх.

Акрамя таго, гэта мяркуе, што праект ужо дасягнуў стадыі друкаванай платы. Што рабіць, калі мы хочам пратэставаць і ахарактарызаваць сістэму з выкарыстаннем асобных модуляў, з нестандартнымі кабелямі як злучэннямі? Кампенсацыя неадпаведных імпедансаў у гэтых умовах яшчэ больш немэтазгодная.

Рашэнне простае: выберыце стандартызаваны імпеданс, які можна выкарыстоўваць у шматлікіх сістэмах РФ, і пераканайцеся, што кампаненты і кабелі спраектаваны адпаведна. Гэты супраціў быў абраны; адзінка складае Ом, а лік 50.

Пяцьдзесят Омаў
Першае, што трэба зразумець, гэта тое, што ў імпедансе 50 Ом няма нічога ўласнага. Гэта не з'яўляецца асноватворнай канстантай Сусвету, хоць вы можаце скласці ўражанне, што гэта, калі вы праводзіце дастаткова часу вакол інжынераў РФ. Гэта нават не фундаментальная канстанта электратэхнікі - памятайце, напрыклад, што простая змена фізічных памераў кааксіяльнага кабеля зменіць характэрны імпеданс.

Імпеданс 50 Ом вельмі важны, таму што гэта імпеданс, вакол якога распрацавана большасць сістэм РФ. Цяжка вызначыць, чаму 50 Ом стаў стандартызаваным ВЧ-імпедансам, але разумна выказаць здагадку, што 50 Ом быў добрым кампрамісам у кантэксце ранніх кааксіяльных кабеляў.

Важным пытаннем, безумоўна, з'яўляецца не паходжанне канкрэтнай каштоўнасці, а перавагі перавагі ад гэтага стандартызаванага імпедансу. Дабіцца добра падабранай канструкцыі значна прасцей, таму што вытворцы ІС, фіксаваных аттенюаторов, антэн і гэтак далей могуць будаваць свае часткі з улікам гэтага імпедансу. Акрамя таго, макет друкаванай платы становіцца больш простым, паколькі ў многіх інжынераў ёсць адна і тая ж мэта, а менавіта - распрацаваць мікрапалосы і паласы, якія маюць характэрны імпеданс 50 Ом.

У адпаведнасці з гэтым запісам дадатку ад Analog Devices, вы можаце стварыць мікрасмужку 50 Ом наступным чынам: медзь 1 унцыя, след 20 мілілітраў, 10-мілілітровы аддзяленне паміж плоскасцю і зямлёй (пры ўмове, што дыэлектрык FR-4).
 
Перш чым рухацца далей, давайце зразумеем, што не кожная высокачашчынная сістэма альбо кампанент разлічаны на 50 Ом. Іншыя значэнні можна выбраць, і на самай справе імпеданс 75 Ом па-ранейшаму распаўсюджаны. Характэрны імпеданс кааксіяльнага кабеля прапарцыйны натуральным часопісам адносіны знешняга дыяметра (D2) да ўнутранага дыяметра (D1).


 

Гэта азначае, што большае аддзяленне паміж унутраным і знешнім правадніком адпавядае больш высокім імпедансам. Вялікае аддзяленне паміж двума праваднікамі таксама прыводзіць да зніжэння ёмістасці. 

Такім чынам, кааксія 75 Ом мае меншую ёмістасць, чым каэфіцыент 50 Ом, і гэта робіць кабель 75 Ом больш прыдатным для высокачашчынных лічбавых сігналаў, якія патрабуюць нізкай ёмістасці, каб пазбегнуць празмернага паслаблення высокачашчыннага змесціва, звязанага з хуткімі пераходамі паміж логіка нізкая і логіка высокая.

Каэфіцыент адлюстравання
Улічваючы тое, наколькі важнае супадзенне імпедансу ў дызайне РФ, мы не павінны здзіўляцца, выяўляючы, што для выражэння якасці матчу існуе пэўны параметр. Яго называюць каэфіцыентам адлюстравання; сімвал Γ (грэчаская літары гама). Гэта адносіны комплекснай амплітуды адлюстраванай хвалі да складанай амплітуды падаючай хвалі. 

Аднак сувязь паміж падаючай хваляй і адлюстраванай хваляй вызначаецца крыніцай (ZS) і нагрузкай (ZL), а значыць, можна вызначыць каэфіцыент адлюстравання ў плане гэтых імпедансаў:

 

Калі "крыніца" ў гэтым выпадку з'яўляецца лініяй перадачы, мы можам змяніць ZS на Z0.



У тыповай сістэме велічыня каэфіцыента адлюстравання складае лік паміж нулем і адным. Давайце разгледзім тры простыя матэматычныя сітуацыі, якія дапамогуць нам зразумець, як каэфіцыент адлюстравання адпавядае фактычнаму паводзінам ланцуга:

* Калі супадзенне ідэальна (ZL = Z0), лічнік роўны нулю, а значыць, каэфіцыент адлюстравання роўны нулю. Гэта мае сэнс, таму што ідэальнае супастаўленне вынікаў не адлюстроўваецца.

* Калі імпеданс нагрузкі бясконцы (г.зн., адкрыты ланцуг), каэфіцыент адлюстравання становіцца бясконцасцю, падзеленай на бясконцасць, якая на адзінку. Каэфіцыент адлюстравання адзін адпавядае поўнаму адлюстраванню, то ёсць адлюстроўваецца ўся хваля энергіі. Гэта мае сэнс, таму што лінія электраперадач, падлучаная да адкрытай ланцугу, адпавядае поўнай разрыву (гл. Папярэднюю старонку) - нагрузка не можа паглынаць ніякай энергіі, таму ўсё павінна адлюстроўвацца.

* Калі імпеданс нагрузкі роўны нулю (г.зн. кароткага замыкання), велічыня каэфіцыента адлюстравання становіцца Z0, падзеленай на Z0. Такім чынам, мы зноў | | | = 1, што мае сэнс, таму што кароткае замыканне таксама адпавядае поўнай разрыву, які не можа паглынуць ніводнай энергіі падаючай хвалі.

КСВ
Яшчэ адзін параметр, які выкарыстоўваецца для апісання адпаведнасці імпедансу - гэта стаўленне хвалі напружання стоячых (VSWR). Ён вызначаецца наступным чынам:

VSWR падыходзіць да ўзгаднення імпедансу з пункту гледжання атрыманай хвалі стоячы. Ён перадае стаўленне максімальнай амплітуды стаялай хвалі да найменшай амплітуды стаялай хвалі. Гэта відэа дапаможа вам візуалізаваць сувязь паміж неадпаведнасцю імпедансу і характарыстыкамі амплітуды стаялай хвалі, а наступная схема перадае характарыстыкі амплітуды стаялай хвалі для трох розных каэфіцыентаў адлюстравання.




Больш неадпаведнасць імпедансу прыводзіць да большай розніцы паміж месцамі з найвышэйшай амплітудай і нізкай амплітудай уздоўж стаячай хвалі. Выява выкарыстоўваецца з ветлівасці інтэрфераметрыя.
 
VSWR звычайна выражаецца ў суадносінах. Ідэальны матч быў бы 1: 1, гэта значыць, што амплітуда піка сігналу заўсёды аднолькавая (г.зн. адсутнічае пастаянная хваля). Каэфіцыент 2: 1 паказвае на тое, што разважанні прывялі да стаялай хвалі з максімальнай амплітудай, якая ўдвая большая за яе мінімальную амплітуду.

Рэзюмэ
* Выкарыстанне стандартызаванага імпедансу робіць дызайн РФ значна больш практычным і эфектыўным.

* Большасць сістэм РФ пабудаваны імпедансам каля 50 Ом. Некаторыя сістэмы выкарыстоўваюць 75 Ом; апошняе значэнне больш падыходзіць для хуткасных лічбавых сігналаў.

* Якасць імпеданснага супадзення можа быць выражана матэматычна каэфіцыентам адлюстравання (Γ). Ідэальнае супадзенне адпавядае Γ = 0, а поўная разрыў (у якой адлюстроўваецца ўся энергія) адпавядае Γ = 1.

* Іншы спосаб колькаснай ацэнкі якасці імпеданснага супадзення - гэта стаўленне хвалі напружання (VSWR).

Пакінь паведамленне 

спіс паведамленняў