An cheist 50 Ω: Meaitseáil Impedance i nDearadh RF

Comharthaí RF Fíor-Shaoil
Is gné bhunúsach de dhearadh agus tástáil RF é meaitseáil impedance; is féidir fadhbanna tromchúiseacha a bheith mar thoradh ar na frithchaitheamh comhartha a bhíonn mar thoradh ar bhacainní mí-chomhoiriúnacha.

Is cosúil gur cleachtadh fánach é an meaitseáil agus tú ag déileáil le ciorcad teoiriciúil comhdhéanta de fhoinse idéalach, líne tharchuir agus ualach.

Glacaimid leis go bhfuil an impedance ualach socraithe. Níl le déanamh againn ach impedance foinse (ZS) atá cothrom le ZL a áireamh agus ansin an líne tharchuir a dhearadh ionas go mbeidh a impedance tréith (Z0) cothrom le ZL freisin.

Ach déanaimis machnamh ar feadh nóiméad ar an deacracht a bhaineann leis an scéim seo a chur i bhfeidhm ar fud ciorcad casta RF ina bhfuil go leor comhpháirteanna éighníomhacha agus ciorcaid chomhtháite. Bheadh ​​an próiseas dearaidh RF an-dolúbtha dá mbeadh ar innealtóirí gach comhpháirt a mhodhnú agus toisí gach micreastruchtúir a shonrú de réir an impedance amháin a roghnófar mar bhunús do na cinn eile go léir.

Chomh maith leis sin, glacann sé leis go bhfuil céim an PCB bainte amach ag an tionscadal cheana féin. Cad a tharlaíonn má theastaíonn uainn córas a thástáil agus a thréithriú ag baint úsáide as modúil scoite, le cáblaí lasmuigh den seilf mar idirnaisc? Tá sé níos praiticiúla cúiteamh a dhéanamh as constaicí mí-chomhoiriúnacha faoi na cúinsí seo.

Tá an réiteach simplí: roghnaigh impedance caighdeánaithe is féidir a úsáid i go leor córais RF, agus déan cinnte go ndéantar comhpháirteanna agus cáblaí a dhearadh dá réir. Roghnaíodh an impedance seo; is é an t-aonad ohms, agus is é 50 an uimhir.

Caoga Ohms
Is é an chéad rud atá le tuiscint ná nach bhfuil aon rud intreach speisialta faoi bhac 50 Ω. Ní tairiseach bunúsach é seo de na cruinne, cé go bhfaighfeá an tuiscint go bhfuil sé má chaitheann tú go leor ama timpeall innealtóirí RF. Ní tairiseach bunúsach innealtóireachta leictreachais é fiú - cuimhnigh, mar shampla, go n-athróidh athrú toisí fisiceacha cábla comhaiseach an impedance tréith.

Mar sin féin, tá impedance 50 Ω an-tábhachtach, toisc gurb é an bac atá deartha ar fhormhór na gcóras RF. Tá sé deacair a fháil amach cén fáth go díreach gur tháinig 50 Ω mar impedance caighdeánaithe RF, ach tá sé réasúnach glacadh leis go bhfuarthas go raibh 50 Ω ina chomhréiteach maith i gcomhthéacs cáblaí comhaiseach luath.

Ní í an tsaincheist thábhachtach, ar ndóigh, bunús an luacha shonraigh ach na buntáistí a bhaineann leis an mbacainn caighdeánaithe seo a bheith agat. Tá sé i bhfad níos simplí dearadh dea-mheaitseáilte a bhaint amach toisc gur féidir le déantúsóirí ICanna, attenuators seasta, antennas agus mar sin de a gcuid páirteanna a thógáil leis an mbacainn seo san áireamh. Chomh maith leis sin, éiríonn leagan amach PCB níos simplí toisc go bhfuil an aidhm chéanna ag an oiread sin innealtóirí, eadhon, micreastruchtúir agus stiallacha a dhearadh a bhfuil impedance tréith 50 Ω acu.

De réir an nóta aip seo ó Analog Devices, is féidir leat micreastruip 50 Ω a chruthú mar seo a leanas: Copar 1-unsa, rian 20-mil ar leithead, scaradh 10-mil idir rian agus eitleán talún (ag glacadh le tréleictreach FR-4).
 
Sula mbogfaimid ar aghaidh, déanaimis a bheith soiléir nach bhfuil gach córas nó comhpháirt ardmhinicíochta deartha le haghaidh 50 Ω. D’fhéadfaí luachanna eile a roghnú, agus i ndáiríre tá impedance 75 Ω fós coitianta. Tá impedance tréith cábla comhaiseach comhréireach le log nádúrtha chóimheas an trastomhais sheachtraigh (D2) leis an trastomhas istigh (D1).


 

Ciallaíonn sé seo go bhfreagraíonn níos mó deighilte idir an seoltóir istigh agus an seoltóir seachtrach le bac níos airde. Tá toilleas níos ísle mar thoradh ar scaradh níos mó idir an dá sheoltóir. 

Dá bhrí sin, tá toilleas níos ísle ag coax 75 Ω ná coax 50 Ω, agus déanann sé seo cábla 75 Ω níos oiriúnaí do chomharthaí digiteacha ardmhinicíochta, a éilíonn toilleas íseal d’fhonn maolú iomarcach an ábhair ardmhinicíochta a bhaineann leis na haistrithe tapa idir a sheachaint. loighic íseal agus loighic ard.

Comhéifeacht Machnaimh
Ag smaoineamh ar a thábhachtaí atá meaitseáil impedance i ndearadh RF, níor cheart go mbeadh iontas orainn a fháil amach go n-úsáidtear paraiméadar ar leith chun cáilíocht an mheaitseála a chur in iúl. Tugtar an chomhéifeacht frithchaithimh air; is í an tsiombail Γ (gáma príomhchathair na Gréige). Is é an cóimheas idir aimplitiúid casta na toinne frithchaite agus aimplitiúid chasta na toinne teagmhais. 

Mar sin féin, déantar an gaol idir tonn teagmhais agus tonn frithchaite a chinneadh ag na bacainní foinse (ZS) agus ualaigh (ZL), agus dá bhrí sin is féidir an chomhéifeacht frithchaithimh a shainiú i dtéarmaí na mbacainní seo:

 

Más líne tharchuir an “foinse” sa chás seo, is féidir linn an ZS a athrú go Z0.



I ngnáthchóras, is é méid an chomhéifeacht frithchaithimh uimhir idir nialas agus ceann. Breathnaímid ar thrí chás atá simplí go matamaiticiúil chun cabhrú linn tuiscint a fháil ar an gcaoi a bhfreagraíonn an chomhéifeacht frithchaithimh d’iompar ciorcad iarbhír:

* Má tá an comhoiriúnú foirfe (ZL = Z0), tá an t-uimhreoir nialas, agus dá bhrí sin is é nialas an chomhéifeacht frithchaithimh. Tá ciall leis seo toisc nach mbíonn aon mhachnamh mar thoradh ar mheaitseáil foirfe.

* Má tá an impedance ualach gan teorainn (ie, ciorcad oscailte), déantar an comhéifeacht frithchaithimh a éigríocht arna roinnt ar an éigríoch, atá ar cheann. Freagraíonn comhéifeacht frithchaithimh amháin le machnamh iomlán, ie, léirítear fuinneamh na dtonn go léir. Tá ciall leis seo toisc go bhfreagraíonn líne tharchuir atá ceangailte le ciorcad oscailte do neamhleanúnachas iomlán (féach an leathanach roimhe seo) - ní féidir leis an ualach aon fhuinneamh a ionsú, mar sin caithfear é a léiriú.

* Más nialas an t-ualach impedance (ie ciorcad gearr), déantar méid an chomhéifeacht frithchaithimh Z0 arna roinnt ar Z0. Mar sin tá | Γ | againn arís = 1, a bhfuil ciall leis toisc go bhfreagraíonn ciorcad gearr do neamhleanúnachas iomlán nach féidir leis aon fhuinneamh tonn teagmhais a ionsú.

VSWR
Paraiméadar eile a úsáidtear chun cur síos a dhéanamh ar mheaitseáil impedance is ea an cóimheas tonn seasaimh voltais (VSWR). Sainmhínítear é mar seo a leanas:

Tugann VSWR faoi mheaitseáil impedance ó thaobh na tonn seasaimh de. Tugann sé an cóimheas idir an aimplitiúid tonn seasaimh is airde agus an aimplitiúid tonn seasaimh is ísle. Is féidir leis an bhfíseán seo cabhrú leat an gaol idir neamhoiriúnú impedance agus tréithe aimplitiúid na toinne seasaimh a shamhlú, agus tugann an léaráid seo a leanas tréithe aimplitiúid tonn seasaimh do thrí chomhéifeacht machnaimh dhifriúla.




Mar thoradh ar níos mó mí-oiriúnaithe impedance tá difríocht níos mó idir na suíomhanna aimplitiúid is airde agus an aimplitiúid is ísle feadh na toinne seasaimh. Íomhá in úsáid le caoinchead an Interferometrist.
 
Cuirtear VSWR in iúl go coitianta mar chóimheas. Bheadh ​​comhoiriúnú foirfe 1: 1, rud a chiallaíonn go bhfuil buaic-aimplitiúid an chomhartha mar an gcéanna i gcónaí (ie, níl aon tonn seasaimh ann). Tugann cóimheas 2: 1 le fios go bhfuil tonn seasaimh ag a bhfuil aimplitiúid uasta atá dhá oiread níos mó ná a aimplitiúid íosta.

Achoimre
* De bharr impedance caighdeánaithe a dhéanamh tá dearadh RF i bhfad níos praiticiúla agus níos éifeachtaí.

* Tógtar an chuid is mó de chórais RF timpeall impedance 50 Ω. Úsáideann córais áirithe 75 Ω; tá an luach deireanach seo níos oiriúnaí do chomharthaí digiteacha ardluais.

* Is féidir cáilíocht an mheaitseála impedance a chur in iúl go matamaiticiúil leis an gcomhéifeacht frithchaithimh (Γ). Freagraíonn comhoiriúnú foirfe do Γ = 0, agus freagraíonn neamhleanúnachas iomlán (ina léirítear an fuinneamh go léir) le Γ = 1.

* Bealach eile chun cáilíocht mheaitseála impedance a chainníochtú is ea an cóimheas tonn seasaimh voltais (VSWR).

Fág nóta 

Liosta Teachtaireachtaí