Tengo una comprensión básica de la teoría de la línea de transmisión y cómo se diseñan las trazas de 50 ohmios en una PCB. Me preguntaba cuál es el origen de esta impedancia de 50 ohmios. ¿Las señales digitales de un solo extremo en los circuitos integrados están diseñadas según esta especificación? No tendría mucho sentido crear trazas de 50 ohmios en una PCB si los circuitos integrados del controlador y del receptor no estuvieran diseñados con estas impedancias características para igualar las impedancias. ¿O esto no es un problema para las bajas frecuencias?
Una regla general es que la impedancia característica se vuelve muy importante cuando la longitud de la traza supera la décima parte de una longitud de onda. Debajo de eso, en su mayoría puede salirse con la suya tratando su rastro como un condensador.
50 ohmios de un solo extremo es un estándar utilizado principalmente por el mundo de la radio. Las señales digitales que son lo suficientemente rápidas como para necesitar una adaptación de impedancia suelen utilizar señalización diferencial.
Me preguntaba cuál es el origen de esta impedancia de 50 ohmios.
Este es un accidente histórico (como lo son muchas cosas) y, como es habitual en la electrónica, representa un compromiso. Puedes empezar aquí . Los primeros cables coaxiales (que eran tubos de cobre rígidos) usaban un rango de impedancias desde aproximadamente 40 ohmios (para alta potencia) hasta 93 ohmios. Los EE. UU. (principalmente a través del ejército) acordaron un compromiso de 50 ohmios, y Europa eligió 60, aunque luego cambiaron su estándar a 75. Aun así, el coaxial flexible solía fabricarse para una gran variedad de impedancias dentro del rango original. Y 93 ohmios sigue siendo el estándar para las antenas de TV en los EE. UU.
¿Las señales digitales de un solo extremo en los circuitos integrados están diseñadas según esta especificación? No tendría mucho sentido crear trazas de 50 ohmios en una PCB si los circuitos integrados del controlador y del receptor no estuvieran diseñados con estas impedancias características para igualar las impedancias.
En los años 60, 70 y 80, los controladores lógicos de 50 ohmios eran pocos y distantes entre sí, debido a la necesidad de generar aproximadamente 3 voltios en 50 ohmios. Esto da como resultado una fuente de corriente de 60 mA, y esto no fue fácil de hacer. En el mundo TTL, solo unos pocos circuitos integrados, como el 74128, estaban clasificados para 50 ohmios. Mucho más común fue el uso de par trenzado con una impedancia nominal de 132 ohmios. La terminación de la carga era un divisor de voltaje de 220/330 ohmios conectado entre 5 voltios y tierra, con la fuente de señal impulsada por un colector abierto a tierra, lo que proporcionaría un 1 de 3 voltios y un 0 de 0,4 voltios más o menos.
¿O esto no es un problema para las bajas frecuencias?
Sí. La lógica TTL tenía tiempos de subida del orden de 10 nseg. A distancias de uno o dos pies, que es una placa de circuito impreso muy grande, hay muy pocos problemas con el timbre. Así que la coincidencia de trazas de impedancia simplemente no era un gran problema para la mayoría de los sistemas lógicos.
La excepción a esto fue el uso de sistemas ECL, como la antigua supercomputadora Cray. Esto tenía bordes más rápidos, por lo que las longitudes de los trazos eran un problema. Afortunadamente, ECL usó corrientes más altas para obtener su velocidad, Y fue muy adecuado para la señalización diferencial.
Por supuesto, esos molestos diseñadores de circuitos integrados insistieron en fabricar chips cada vez más rápidos, por lo que la traza de impedancia se convirtió en un problema. Afortunadamente, la misma tecnología que producía velocidades más altas también usaba oscilaciones de voltaje más bajas y, al mismo tiempo, MOS permitía que los transistores de salida proporcionaran más corriente que la antigua tecnología bipolar, por lo que el problema se volvió más manejable.
Sin embargo, como ha respondido Peter Green, el uso de señalización diferencial para señales de alta velocidad también se generalizó, ya que esto permite un rechazo más fácil de los picos de ruido inducidos por todos los bordes de alta velocidad que se ejecutan alrededor de los sistemas digitales.
Otra perspectiva es que si el tiempo de subida es < el retardo de propagación de la ruta, el timbre se hará evidente sin una impedancia adaptada. La frecuencia del timbre disminuye con longitudes más largas.
Incluso una sonda de alcance es inigualable con un cable de tierra inductivo de 20 cm, por lo que se produce un timbre de captura falso en transitorios rápidos con un timbre > 20 MHz o pulsos con un tiempo de subida < 50 ns.
El origen de los valores estándar de 50 ohmios y 75 ohmios y 300 ohmios y 600 ohmios tiene que ver con el RLC distribuido y los espacios entre conductores y aislamiento.
Ale..chenski