Verteilter RLC ist eine Variable pro Längeneinheit, die von der Spurbreite und dem Verhältnis von Dicke zu Spalt zu Masse und Dielektrikum e abhängt, die Zo sub> bestimmt.

• geringfügige Änderungen treten aufgrund von Leitfähigkeit und Hauteffekten auf, aber

Da die RLC-Werte verteilt sind und die Impedanz von den Verhältnissen abhängt, hat die Länge keinen Einfluss auf Z _{o sub>, beeinflusst jedoch die Dämpfung.}

Wenn eine nicht übereinstimmende Last und ω vorliegen, ist die Ausbreitungsverzögerung geringer als die Anstiegszeit. Das Ergebnis ist ein Überschwingen, und wenn es an der Quelle nicht übereinstimmt, tritt eine weitere Reflexion auf, die zu der klassischen Wellenform des gedämpften Rings im Halbzyklus führt, die dieser Ausbreitungsverzögerungszeit entspricht

Die Induktivität nimmt mit geringerer Spurbreite zu Spaltzeiten zu, während die Kapazität mit dem Verhältnis von Leiterfläche zu Spalt mal Länge zunimmt.

• Somit wird der Impedanzeingang und -ausgang dieser Übertragungsleitung zum Verhältnis von \ $ Z_o = \ sqrt {\ frac {R + \ Omega L} {G + \ Omega C}} \ $, bei hohem ω oder kleinem x können Sie R und G vernachlässigen, und bei DC können Sie L und C vernachlässigen.

• Wenn Z _{o sub> viel niedriger als die Last ist, dominiert C die Antwort mit einem festen Quellenwiderstand.}

• Wenn Z _{o sub> höher als die Last ist, dominiert L die Antwort.}

Der mathematische Beweis für das oben Gesagte ist vorhanden, wird jedoch der Kürze halber nicht angezeigt.

Schlussbemerkungen

• Z _{o sub> wird durch das Geometrieimpedanzverhältnis des Pfades verteilt. Da der Hauteffekt die effektive Dicke beeinflusst, steigt R mit f schnell in der Nähe und oberhalb der Hauttiefe an, während die Dielektrika Zc (f) mit steigendem f abnehmen. Daher absorbieren feuchte Lebensmittel mit der hohen (80) Dielektrizitätskonstante von Wasser mehr Strom als trockene Lebensmittel, und Salz erhöht den G-Wert, um mehr Strom abzuleiten.}

• In Leitern und Dielektrika beeinflusst die Länge den Signalpegel und die Frequenz in Abhängigkeit von der Zeitverzögerung und der Resonanzfrequenz des Pfades in jeder Dimension in Abhängigkeit von der Geometrie.

• But lassen Sie sich von niemandem in die Irre führen, dass die Länge keine Rolle spielt Nur weil sich Z _{o sub> möglicherweise nicht ändert; Länge und Zo sub> beeinflussen sicherlich den Pfadstrom zu einer Last, aber bei niedrigen Frequenzen stellt dies dies nicht als Lastwiderstand dar, sondern wird stärker von der Längenreaktanz dominiert.}

TDiese Länge hat einen starken Einfluss auf Wellenanstiegszeiten, Verzögerung und Strom, , der die Ströme der Stromübertragungsleitung, drahtlose Entzerrungen, Modementzerrung und Anstiegszeiten des Logikpegels beeinflusst.

Die Länge und Z _{o sub> beeinflussen den Pfadverlust und spezielle Verzögerungen mit Frequenz / Längen-Verhältnissen wie 1/4 Wellenimpedanzreflexionen (Inversion) und allen ungeraden Harmonischen derselben.}

Es gibt auch ein frequenzabhängiges Verlustmuster namens Übertragungsimpedanz, das durch Impedanzeffekte auf koaxiale Webmuster, Foliensekundärabschirmungen und die Qualität der Erdung in verteilten Videos beeinflusst wird.

Um den Verlustbeitrag zu all diesen frequenzabhängigen Variablen zu trennen, müssen Streuparameter verwendet werden, um Z _{o sub> mit einer Quellen- / Lastreferenz zu definieren, die auch für passive Teile verfügbar sind in Mikrowellenanwendungen, um die Impedanz und den Stromfluss in dem Teil besser zu definieren.}

Da die Werte von L und C in Z _{o sub> eine Gruppenverzögerung implizieren und die Parameterwerte dazu neigen, sich mit dem Wellen / Längen-Verhältnis zu ändern, gibt es Toleranzen, die ungleiche Verzögerungen und Dispersion oder Schließung von verursachen Augenmuster auf digitalen Signalen, dass Entscheidungen getroffen werden müssen, um diese Effekte zu reduzieren. Wenn die Leitung mit einem starren Präzisionswellenleiter nicht verbessert werden kann, kann das Signal in beliebige kleine Audiobänder aufgeteilt und mit ihrer eigenen Entzerrung verarbeitet werden, um ein Signal mit viel höherer Qualität als das aggregierte Basissignal zu erzielen}

Antwort auf hinzugefügte Eingabe in der Frage

Hat eine Punkt-zu-Punkt-Spur (z. B. 150 mm) gegenüber einer kurzen Spur (z. B. 10 mm) einen Einfluss auf die Signalqualität?

Wie ich oben angegeben habe, hängt Z _{o sub> streng von der Geometrie des Verhältnisses von Leiterlänge zu Spaltdicke für eine gewählte Dielektrizitätskonstante ab, und die Toleranz für beide ist sehr wichtig, daher sollte ein TDR-Test durchgeführt werden muss im Board-Shop bezahlt werden, um sicherzustellen, dass die D-Codes so angepasst werden, dass sie der Chargenabweichung der D-Konstante entsprechen. Dwgs muss Z o sub> für jede benötigte D-Code-Ablaufverfolgung definieren.}

Schließlich ist es das Verhältnis von Länge zu Spurbreite, das Z _{o sub> und die Nichtübereinstimmung bestimmt, die resultieren. Eine längere Spur spielt also keine Rolle, solange die Spurbreite ebenfalls breiter oder der dielektrische Spalt dünner gemacht wird.}

• Der zweite kritische Unterschied besteht darin, dass die Laufzeitverzögerung die RAS / CAS-Verzögerungen beeinflusst.
• Das dritte ist, je länger die Linie ist, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit von Biege-, Fehlanpassungs- und Rückätztoleranzfehlern auf der Strecke, sodass die Toleranz etwas größer ist. Aus diesem Grund ist ein 50 m langes HDMI-Kabel mit 24 Gbit / s schwieriger herzustellen als ein 1 m langes 5 gbit / s-Kabel für 4K und hochauflösende 3D-Bildschirme mit hohen Bildwiederholraten. Nicht unmöglich, aber mit steiferen Kabeln, Gleichtaktdrossel und isolierten Sekundärabschirmungen kostet es vielleicht doppelt so viel pro Fuß.
  • In Leiterplattenspuren wirkt sich der Hauteffekt auch auf die Leiterinduktivität und den Widerstand bei UHF-Frequenzen aus, sodass Kupferbeschichtungen ebenfalls einen Unterschied machen. Der mit G und C verbundene Verlustfaktor beeinflusst die Signalqualität und die Personen bewegen sich nach oben zu Polyamid oder Teflon oder Keramik für Signale mit höherem GHz.

DDR3 hat eine nominelle Treiberimpedanz von 34 Ω (30,5–38,1) gemäß den von mir gelesenen Standards, es gibt jedoch verschiedene Z _{o sub> -Optionen für Signale für nominal und dynamische Schreibvorgänge.}

In erster Näherung sind die einzigen Auswirkungen der Länge Dämpfung und Verzögerung. In dem Fall, in dem die Leitung in ihrer charakteristischen Impedanz abgeschlossen ist (Last stimmt perfekt mit der Impedanz der Übertragungsleitung überein), wird das Signal an der Last immer kleiner, wenn die Leitung immer länger wird. Normalerweise ist dies bei digitalen Signalen auf einer Leiterplatte kein Problem. Die Dämpfung ist normalerweise nicht signifikant. Dies kann bei Signalen wichtig sein, die in langen Kabeln (DSL, LVDS, Ethernet, Video usw.) nicht an Bord sind.

Wenn die Leitung mit einer Impedanz abgeschlossen wird, die nicht übereinstimmt, erfolgt eine Reflexion von der Last zurück zur Treiberquelle. Diese Reflexion stört die Wellenform an der Quelle. Aufgrund der Verzögerung erfolgt jede Reflexion am anderen Ende je nach Länge der Übertragungsleitung zu einem anderen Zeitpunkt, sodass die Signalintegrität definitiv beeinträchtigt werden kann. In einigen Fällen kann eine Verlängerung einer Linie die Signalintegrität verbessern, indem die Reflexion an einen Ort gebracht wird, an dem sie harmlos ist. Dies kann jedes Mal ein Problem sein, wenn Sie eine bidirektionale Signalisierung in einer Leitung haben.

Es gibt noch ein anderes Problem. Die Signalintegrität umfasst auch das Timing. Lange Spuren können aufgrund der hinzugefügten Verzögerung zu Zeitfehlern führen, wenn sie zu lange dauern. Beispielsweise muss der Speicherchip einen Lesebefehl empfangen, dann gültige Daten auf den Leitungen bestätigen, dann muss sich dieses gültige Datensignal zurück zum Host ausbreiten und schließlich vom Host gelesen werden. Wenn die "Flugzeit" der Signale zu lang ist, kann der Speicherchip nicht schnell genug gültige Daten bestätigen, um die Anforderungen an das Host-Setup-Timing zu erfüllen. Lange Übertragungsleitungen können also auch auf diese Weise die Signalintegrität beeinflussen.

Um das zu bekräftigen, was @ThePhoton in seiner ausgezeichneten Antwort gesagt hat, hat sogar Vakuum seinen eigenen Wert der charakteristischen Impedanz, der normalerweise als \ $ Z_0 \ $ (auch als charakteristische Impedanz des freien Raums bezeichnet) bezeichnet wird:

$$ Z_0 = \ frac {E} {H} = \ sqrt {\ frac {\ mu_0} {\ epsilon_0}} \ ca. 377 \ Omega $$

Es hat nichts mit Strömen, dem Ohmschen Gesetz und dem Widerstand zu tun, aber es ist das Verhältnis der E- zu H-Feldamplituden für eine ebene Welle, die sich im freien Raum bewegt, und hat zufällig Ohm als Maßeinheit!

Obwohl die anderen Antworten nicht falsch sind, denke ich, dass sie die grundlegende konzeptionelle Hürde für das Verständnis der charakteristischen Impedanz nicht angemessen angehen.

Stellen Sie sich vor, Sie sind eine Welle. Sie verbreiten sich, indem Sie einen Schritt machen - diese Schritte sind immer gleich groß. Dies ist Ihre Wellenlänge.

Die charakteristische Impedanz ist die Impedanz oder der Widerstand, den Sie bei jedem Schritt spüren werden. Niedrige Impedanz könnte sich wie normales Gehen anfühlen, während sich hohe Impedanz wie Gehen durch Schlamm anfühlen könnte - es gibt viel mehr Viskosität, die der Bewegung Ihres Beines jedes Mal widersteht, wenn Sie einen Schritt machen.

Nun, die Gesamtenergie oder der Verlust oder wie auch immer Sie ihn betrachten möchten, hängt sehr stark von der Länge ab, und das tut es auch. Aber es spielt keine Rolle, wie weit Sie gehen müssen, es wird eine gewisse Schwierigkeit sein, einen Schritt durch die Luft und einen Schritt durch den Schlamm zu machen. Die charakteristische Impedanz ist die Impedanz, die in einem Schritt gefühlt wird. Die Anzahl der Schritte ändert diesen Wert nicht.

Um die Dinge ein wenig und weniger analog wieder in die Realität umzusetzen, ist die charakteristische Impedanz die Impedanz, die eine Wellenlänge einer sich ausbreitenden elektromagnetischen Welle durch eine bestimmte Übertragungsleitung "fühlt". Aus diesem Grund wird es als -Eigenschaft -Impedanz bezeichnet - es ist eine Impedanz, die die Masse der Impedanz charakterisiert. Bei jedem gegebenen Schritt wird das Signal die gleiche Impedanz zwischen ihm und dem nächsten Schritt sehen.

Aus diesem Grund kann man eine 50-Ω-Übertragungsleitung mit einem 50-Ω-Widerstand an einem Ende unabhängig von der Länge abschließen. Man kann die Beendigung als den letzten „Schritt“ betrachten, den die Welle auf ihrem Übertragungsweg macht, also als konzentrierte 50 Ω Der Widerstand über das Übertragungsleitungspaar ist vollkommen akzeptabel, da die Welle zu allen Zeiten bereits eine Impedanz von 50 Ω erfahren hat.

Nehmen wir nun dieses konzeptionelle Verständnis als Kontext und berühren die ausgezeichnete Antwort des Phonons.

Wenn man weiß, dass die charakteristische Impedanz tatsächlich die Impedanz ist, die zu einem bestimmten Zeitpunkt beim Fahren auf einer Übertragungsleitung empfunden wird, wird deutlich, dass dies auch das Verhältnis von Spannung zu Strom ist, das keine Reflexion verursacht.

Dies kann jedoch immer noch verwirrend sein. Würde das nicht bedeuten, dass höhere Frequenzen, die mehr Schritte ausführen müssen, bei gleicher Leitungslänge so viel mehr Widerstand erfahren würden? Nun, die Dämpfung entlang einer Übertragungsleitung nimmt im Allgemeinen mit der Frequenz zu, aber nicht aus diesem Grund.

Nehmen wir an, Sie erhalten den 'charakteristischen' Teil der charakteristischen Impedanz. Sie müssen aber auch den Impedanzteil erhalten. Die Impedanz ist ein komplexer Wert, dh sie hat sowohl reale als auch imaginäre Komponenten.

Imaginär im mathematischen Sinne - geraten Sie nicht in die Falle, Imaginär in einem mathematischen Kontext wörtlich zu nehmen. Es ist ein Name, das ist alles. Imaginäre Zahlen werden als eine Art Wortspiel benannt, verglichen mit dem Namen, den wir der entgegengesetzten Basiszahllinie gegeben haben - reellen Zahlen. Alle Zahlen sind technisch imaginär. Ebenso sind keine Zahlen real. Aber einige sind imaginär. Und einige sind echt.

Reelle Zahlen und imaginäre Zahlen bilden die komplexe Ebene, die als zwei Achsen im rechten Winkel vorgestellt werden kann, wobei eine die reelle Zahlenlinie ist, die sich von -∞ bis ∞ erstreckt, die andere die imaginäre Zahlenlinie ist, die sich von -∞ erstreckt * i bis ∞ * i. Und wir wissen, dass sie existieren und wir brauchen sie, weil es Gleichungen gibt, deren Lösungen imaginäre Zahlen erfordern. Ohne sie ignorieren Sie einfach die Fähigkeit, eine ganze Kategorie von Gleichungen zu beantworten. Im einfachsten Fall erlauben uns imaginäre Zahlen, eine Antwort auf diese Gleichung zu geben: \ $ x ^ {2} + 1 = 0 \ $. x ist natürlich gleich i .

OK, das war ein bisschen tangential, aber ein gültiges Verständnis komplexer Zahlen ist unbedingt erforderlich , bevor man die Impedanz verstehen kann.

Die Impedanz besteht aus einer realen Komponente, die einfach ein Gleichstromwiderstand ist, und einer imaginären Komponente, die als Reaktanz bezeichnet wird. Reaktanz ist scheinbarer Widerstand, aber sie beruht nicht auf der Abgabe von Energie als Wärme (wie beim Widerstand), sondern auf der vorübergehenden Speicherung von Energie, die später freigesetzt wird. Wenn Sie sehen, dass Energie abgesaugt wird, weil sie in einem elektrischen Feld (auch als Kondensator bezeichnet) oder einem Magnetfeld (Induktor) gespeichert wird, erscheint sie in diesem Moment wie Energie, die aufgrund des Widerstands einfach als Wärme verloren geht.

Es hängt von der Übertragungsleitung ab, aber sie erleiden natürlich mit der Länge zunehmende Verluste. Normalerweise wird dies etwas indirekt als "Dämpfung pro Fuß" oder Dämpfung pro 100 Meter oder ähnliches in dB / angegeben. Dies schließt Verluste aufgrund des realen Widerstands (was nicht einmal so einfach ist wie das Messen mit einem Ohmmeter - die Frequenz ändert Dinge wie die Hauttiefe, wodurch derselbe Leiter widerstandsfähiger erscheint usw. usw.), dielektrischen Verlust, was auch immer andere Dinge sein mögen eine echte Energiedissipation in Entropie / Wärme verursachen.

Die charakteristische Impedanz ist im Allgemeinen fast ausschließlich auf die Reaktanz zurückzuführen. 50 Ω Reaktanz und 0 Ω Widerstand würden also keinen Verlust verursachen - es wäre nur ein vorübergehender Verlust, wenn Energie gespeichert, aber später wieder in die Leitung abgegeben wird. Wenn Sie ein Spannungs- und Stromverhältnis haben, das nicht so ist, dass der Spannungsabfall (gespeicherte Energie) bei einem bestimmten Strom gleich der Spannung über der Übertragungsleitung ist, gleichen Sie die gespeicherte Energie nicht perfekt mit der freigesetzten Energie aus, und Sie Holen Sie sich den Fluch der Existenz der Signalintegrität, REFLEXIONEN !! Oh nein!

Dieser Zyklus der Speicherung und Freisetzung von Energie bildet eine stehende Welle in unserer Übertragungsleitung.Jede überschüssige Spannung zwingt mehr Strom zum Fließen, was bedeutet, dass wir die Energiespeicherkapazität des Kabels überschritten haben, sodass die Phase abgeworfen wird und unsere stehende Welle destruktiv gestört wird.Unser Signal wird in unterschiedlichem Maße zerstört.