¿Cómo se selecciona la impedancia de la línea de transmisión?

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Entiendo (aproximadamente) por qué la impedancia de la línea de transmisión debe coincidir con la fuente y la carga. Lo que no entiendo es cómo diferentes tecnologías han elegido usar impedancia diferente. (USB es de 90 ohmios, Ethernet de 100 ohmios, PCIe de 85 ohmios, las radios y antenas de aficionados suelen ser de 50 ohmios).

¿Estaba relacionado con impedancias naturales para la fuente o la carga? ¿Hay alguna manera de determinar la impedancia óptima para un sistema completo si puedo controlar la fuente, la carga y la línea de transmisión?

    
pregunta David

3 respuestas

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Algunas impedancias son más adecuadas para una transmisión de mayor potencia y otras son más adecuadas para producir pérdidas más bajas: -

Diagramatomadode Techplayon pero está disponible en otras fuentes . El que se encuentra a continuación está tomado de sitio web de Beldon : -

Porlotanto,50ohmiosesuncompromisoentrelapérdidabajaylacapacidaddecenteparapasarlapotencia.

  

USBesde90ohmios,Ethernetde100ohmios,PCIeesde85ohmios,radiosdeaficionados  ylasantenassuelenserde50ohmios

USB(porejemplo)esunsistemadeseñalizacióndiferencial,porloquetiendeateneraproximadamenteeldobledeimpedanciaqueelcoaxial"estándar", por lo que, curiosamente, no hay mucha diferencia entre él y twinax (coaxial dual) : -

CabletwinaxBelden9207:-

Los cables más gruesos y robustos tienden a tener un conductor central más grande y esto hace que la capacitancia entre el interior y la pantalla / pantalla sea más grande. También tiende a hacer más pequeña la inductancia del bucle. Por lo tanto, en general, se podría decir que un cable con mayor capacidad de manejo de potencia tiene más capacitancia por metro y menos inductancia por metro. En las frecuencias de RF, la impedancia característica de un cable es: -

\ $ Z_0 = \ sqrt {\ frac {L} {C}} \ $

Por lo tanto, a medida que L disminuye y C aumenta, \ $ Z_0 \ $ disminuye.

    
respondido por el Andy aka
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La impedancia de origen puede ser arbitraria pero se basa en restricciones físicas.

Una línea de transmisión está determinada por el conductor, las dimensiones físicas del conductor, el espaciado en relación con otros conductores (como un escudo u otro cable) y la permeabilidad eléctrica y magnética de los materiales alrededor del cable.

El órgano de gobierno que crea el estándar observará diferentes limitaciones físicas desde los circuitos integrados hasta el cable y determinará qué impedancia tiene sentido y luego diseñará la especificación alrededor de eso.

Las resistencias de terminación son fáciles de conseguir, puede obtener resistencias en cualquier valor que desee.

El cable no tanto, la capacitancia, la inductancia y la resistencia del cable determinan la impedancia, por lo que las especificaciones probablemente se construyen alrededor de la mejor configuración para eso.

En mi experiencia, puede ser muy difícil obtener exactamente lo que desea, y muy costoso si necesita una solución personalizada. Si está diseñando un sistema de línea de transmisión, probablemente desee comenzar con los medios de transmisión, determine la impedancia y diseñe su sistema alrededor de eso.

    
respondido por el laptop2d
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Como has dicho. tiene que hacer coincidir la impedancia de la carga con la impedancia de la línea.

El factor de reflexión $$ \ Gamma = \ frac {Z_ {Load} -Z_ {Line}} {Z_ {Load} + Z_ {Line}} $$ se convierte en 0 (sin reflexión) si la línea y la impedancia de la fuente son iguales. La impedancia de entrada de la línea con carga no depende de la longitud de la línea en este caso. Es constante:

$$ Z_ {in} = Z_ {Line} = Z_ {Load} $$

En cuanto a la coincidencia de fuente:

Hay varias formas de elegir la impedancia de origen: Una línea con cierta carga tiene una impedancia de entrada de $$ Z_ {in} $$.

La transferencia de potencia máxima se produce si la impedancia de la fuente es el conjugado complejo: $$ Z_ {fuente} = Z_ {in} ^ {*} $$

En el caso de una impedancia de entrada de 50 ohmios, la impedancia de fuente óptima es también de 50 ohmios. Esto se llama emparejamiento de poder.

Hay casos, desea elegir otra impedancia de origen. Por ejemplo, reducción de ruido. Por lo general, la coincidencia de ruido y potencia requiere diferentes impedancias de fuente.

Diferentes impedancias de línea:

La impedancia de la línea depende del tipo de línea de transmisión que elija (coaxial, par trenzado, etc.). En una PCB, la impedancia de línea depende del tipo de línea (coplanar, microstrip, etc.) y las dimensiones de la línea y el sustrato.

Para conectar diferentes componentes de HF, es importante tener un sistema con la misma impedancia en todas partes. Por lo tanto, la mayoría de los sistemas de HF se eligen a 50 ohmios.

Los buses como PCIe, que usan diferentes impedancias de línea, generalmente no están conectados a cosas típicas de HF. Por lo tanto, una impedancia diferente no es tan importante. Estas impedancias suelen tener alguna ventaja para la fabricación y manipulación. Las líneas de 50 ohmios en un PCB pueden ser bastante anchas. Una impedancia más alta disminuye el ancho necesario, por ejemplo.

50 Ohms: ¿De dónde viene?

El sistema de 50 ohmios se origina en una compensación entre la pérdida y la capacidad de alimentación de un cable coaxial.

Obtienes una pérdida mínima de aproximadamente 75 ohmios de impedancia. Sin embargo, la capacidad de potencia máxima se alcanza con aproximadamente 30 ohmios.

Esto se debe a las diferentes dimensiones de la línea coaxial en diferentes impedancias.

Como resultado, se seleccionaron 50 ohmios como compensación.

Puede verlo aquí .

Además de eso, los cables coaxiales para frecuencias más altas suelen ser más delgados. Esto aumenta la pérdida del cable, porque aumenta la densidad de corriente en los conductores. Los cables más delgados se eligen para suprimir los modos de propagación de orden superior.

    
respondido por el GNA

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