U tras s určitou šířkou ovlivní impedanci tři hlavní faktoryPCBstopy. Za prvé, EMI (elektromagnetické rušení) blízkého pole stopy PCB je úměrné výšce stopy od referenční roviny. Čím nižší je výška, tím menší je záření. Za druhé, přeslech se výrazně změní s výškou stopy. Pokud se výška sníží na polovinu, přeslech se sníží téměř na čtvrtinu. Konečně, čím nižší je výška, tím menší je impedance a je méně náchylný na kapacitní zatížení. Všechny tři faktory umožní konstruktérovi udržet stopu co nejblíže k referenční rovině. Důvod, který vám brání snížit výšku stopy na nulu, je ten, že většina čipů nemůže řídit přenosová vedení s impedancí menší než 50 ohmů. (Speciálním případem tohoto pravidla je Rambus, který může řídit 27 ohmů, a řada National BTL, která může řídit 17 ohmů). Ne ve všech situacích je nejlepší použít 50 ohmů. Například velmi stará struktura NMOS procesoru 8080 pracuje na 100KHz bez problémů s EMI, přeslechy a kapacitní zátěží a neumí hnát 50 ohmů. U tohoto procesoru znamená vysoká impedance nízkou spotřebu energie a měli byste co nejvíce používat tenké vysokoimpedanční dráty. Je třeba vzít v úvahu i čistě mechanickou perspektivu. Například, pokud jde o hustotu, vzdálenost mezi vrstvami vícevrstvé desky je velmi malá a proces šířky čáry požadovaný pro impedanci 70 ohmů je obtížné dosáhnout. V tomto případě byste měli použít 50 ohmů, což má širší šířku čáry a je jednodušší na výrobu. Jaká je impedance koaxiálního kabelu? V oblasti RF nejsou zvažované problémy stejné jako ty, které jsou uvažovány v PCB, ale koaxiální kabely v RF průmyslu mají také podobný rozsah impedance. Podle publikace IEC (1967) je 75 ohmů běžnou impedanční normou pro koaxiální kabely (poznámka: vzduch se používá jako izolační vrstva), protože můžete přizpůsobit některé běžné konfigurace antén. Definuje také 50 ohmový kabel na bázi pevného polyetylenu, protože když je vnější stínící vrstva s pevným průměrem a dielektrickou konstantou fixována na 2,2 (dielektrická konstanta pevného polyetylenu), je ztráta 50 ohmového impedančního skin efektu nejmenší. Ze základní fyziky můžete dokázat, že 50 ohmů je nejlepší. Ztráta kožního efektu kabelu L (v decibelech) je úměrná celkovému odporu kožního efektu R (jednotková délka) dělenému charakteristickou impedancí Z0. Celkový odpor R vůči kožnímu efektu je součtem odporu stínící vrstvy a středního vodiče. Odolnost stínící vrstvy proti kožnímu efektu je nepřímo úměrná jejímu průměru d2 při vysokých frekvencích. Odolnost proti kožnímu efektu vnitřního vodiče koaxiálního kabelu je nepřímo úměrná jeho průměru d1 při vysokých frekvencích. Celkový sériový odpor R je tedy úměrný (1/d2 +1/d1). Kombinací těchto faktorů, za předpokladu d2 a odpovídající dielektrické konstanty ER izolačního materiálu, můžete použít následující vzorec ke snížení ztráty kožního efektu. V každé základní knize o elektromagnetických polích a mikrovlnách můžete zjistit, že Z0 je funkcí d2, d1 a ER (poznámka: relativní permitivita izolační vrstvy). Vložte rovnici 2 do rovnice 1 a čitatel a jmenovatel se vynásobí d2. , Po seřazení vzorce 3 se oddělí konstantní člen (/60)*(1/d2) a efektivní člen ((1+d2/d1)/ln(d2/d1)) určuje minimální bod. Podívejte se blíže na minimální bod vzorce ve vzorci 3, který je řízen pouze d2/d1 a nemá nic společného s ER a pevnou hodnotou d2. Vezměte d2/d1 jako parametr a nakreslete graf pro L. Když d2/d1=3,5911 (Poznámka: Vyřešte transcendentální rovnici), získejte minimální hodnotu. Za předpokladu, že dielektrická konstanta pevného polyethylenu je 2,25 a d2/d1=3,5911, je charakteristická impedance 51,1 ohmů. Před dlouhou dobou rádioví inženýři pro pohodlí přiblížili tuto hodnotu 50 ohmům jako optimální hodnotu pro koaxiální kabely. To dokazuje, že kolem 0 ohmů je L nejmenší. Ale to neovlivní vaše použití jiných impedancí. Pokud například vytvoříte kabel 75 ohmů 5 se stejným průměrem stínění (Poznámka: d2) a izolátorem (Poznámka: ER), ztráta efektu kůže se zvýší o 12 %. Pro různé izolátory bude optimální impedance generovaná optimálním poměrem d2/d1 mírně odlišná (Poznámka: Například vzduchová izolace odpovídá asi 77 ohmům a technik pro snadné použití zvolí hodnotu 75 ohmů). Další doplňky: Výše uvedené odvození také vysvětluje, proč je povrch 75ohmového TV kabelu s dutým jádrem lotosového tvaru, zatímco 50ohmový komunikační kabel je plné jádro. Je zde také důležitá připomínka. Pokud to ekonomická situace dovolí, snažte se vybrat kabel s velkým vnějším průměrem (poznámka: d2). Kromě zvýšení pevnosti je hlavním důvodem to, že čím větší je vnější průměr, tím větší je vnitřní průměr (optimální poměr průměrů d2) /d1), vf ztráta vodiče je samozřejmě menší. Proč se 50 ohmů stalo impedančním standardem pro vysokofrekvenční přenosová vedení? Bird Electronics poskytuje jednu z nejrozšířenějších verzí příběhu, z knihy Harmon Banning "Cable: O původu 50 ohmů může být mnoho příběhů." V počátcích mikrovlnných aplikací, během druhé světové války, byla volba impedance zcela závislá na potřebách použití. Pro vysoce výkonné zpracování se často používalo 30 ohmů a 44 ohmů. Na druhou stranu impedance vzduchem plněného vedení s nejnižší ztrátou je 93 ohmů. V těch letech pro vyšší frekvence, které se používaly jen zřídka, neexistovaly žádné ohebné ohebné kabely, jen tuhé potrubí naplněné vzduchem. Polotuhé kabely se zrodily na počátku 50. let a skutečné mikrovlnné flexibilní kabely se objevily asi o 10 let později. S pokrokem technologie je třeba stanovit impedanční normy, aby se dosáhlo rovnováhy mezi hospodárností a pohodlím. Ve Spojených státech je 50 ohmů kompromisní volbou; pro společnou armádu a námořnictvo k vyřešení těchto problémů byla založena organizace s názvem JAN, která byla později DESC, speciálně vyvinutá MIL. Evropa zvolila 60 ohmů. Ve skutečnosti je nejběžněji používané potrubí ve Spojených státech tvořeno stávajícími tyčemi a vodovodními trubkami a 51,5 ohmů je velmi běžné. Je zvláštní vidět a používat adaptér/převodník z 50 ohmů na 51,5 ohmů. Nakonec zvítězilo 50 ohmů a byly vyrobeny speciální trubky (nebo možná dekoratéři mírně změnili průměr svých trubek). Brzy poté, pod vlivem dominantní společnosti v oboru, jako je Hewlett-Packard, byli Evropané také nuceni ke změně. 75 ohmů je standard pro komunikaci na dlouhé vzdálenosti. Vzhledem k tomu, že se jedná o dielektrickou plnicí linku, nejnižší ztráta je dosažena při 77 ohmech. 93 ohmů bylo použito pro krátké připojení, jako je připojení hostitelského počítače a monitoru. Jeho vlastnost nízké kapacity snižuje zatížení obvodu a umožňuje delší připojení; zainteresovaní čtenáři se mohou obrátit na MIT RadLab Series, Volume 9, který obsahuje Podrobnější popis.
