특정 너비의 트레이스의 경우 세 가지 주요 요인이 임피던스에 영향을 미칩니다.PCB흔적. 먼저 PCB 트레이스 근거리장의 EMI(전자기 간섭)는 기준면으로부터 트레이스 높이에 비례한다. 높이가 낮을수록 방사선량이 적습니다. 둘째, 크로스토크는 트레이스의 높이에 따라 크게 변경됩니다. 높이를 절반으로 줄이면 누화는 거의 1/4로 줄어듭니다. 마지막으로 높이가 낮을수록 임피던스가 작아지고 용량성 부하에 덜 민감합니다. 세 가지 요소 모두를 통해 설계자는 트레이스를 가능한 한 참조 평면에 가깝게 유지할 수 있습니다. 트레이스 높이를 0으로 줄이는 것을 방해하는 이유는 대부분의 칩이 50옴 미만의 임피던스로 전송 라인을 구동할 수 없기 때문입니다. (이 규칙의 특별한 경우는 27옴을 구동할 수 있는 Rambus와 17옴을 구동할 수 있는 내셔널의 BTL 시리즈입니다). 모든 상황에서 50옴을 사용하는 것이 가장 좋은 것은 아닙니다. 예를 들어, 8080 프로세서의 아주 오래된 NMOS 구조는 EMI, 누화 및 용량성 부하 문제 없이 100KHz에서 작동하며 50옴을 구동할 수 없습니다. 이 프로세서의 경우 임피던스가 높다는 것은 소비전력이 낮다는 것을 의미하므로 가능한 한 가는 고임피던스 전선을 사용해야 합니다. 순수한 기계적 관점도 고려해야 합니다. 예를 들어, 밀도 측면에서 다층 기판의 층간 거리가 매우 좁고 70옴 임피던스에 필요한 선폭 공정을 달성하기 어렵다. 이 경우 선폭이 넓고 제작이 용이한 50옴을 사용해야 합니다. 동축 케이블의 임피던스는 얼마입니까? RF 분야에서 고려되는 문제는 PCB에서 고려되는 것과 동일하지 않지만 RF 산업의 동축 케이블도 유사한 임피던스 범위를 갖습니다. IEC 간행물(1967)에 따르면 75옴은 동축 케이블의 일반적인 임피던스 표준입니다(참고: 공기는 절연 층으로 사용됨). 일부 일반적인 안테나 구성과 일치시킬 수 있기 때문입니다. 또한 고정 직경과 유전 상수를 가진 외부 차폐층이 2.2(고체 폴리에틸렌의 유전 상수)로 고정될 때 50옴 임피던스 표피 효과 손실이 가장 작기 때문에 고체 폴리에틸렌을 기반으로 하는 50옴 케이블을 정의합니다. 기본 물리학에서 50옴이 최고임을 증명할 수 있습니다. 케이블 L(데시벨)의 표피 효과 손실은 총 표피 효과 저항 R(단위 길이)을 특성 임피던스 Z0으로 나눈 값에 비례합니다. 총 표피 효과 저항 R은 차폐층과 중간 도체의 저항의 합입니다. 차폐층의 표피 효과 저항은 고주파에서 직경 d2에 반비례합니다. 동축 케이블 내부 도체의 표피 효과 저항은 고주파에서 직경 d1에 반비례합니다. 따라서 총 직렬 저항 R은 (1/d2 +1/d1)에 비례합니다. d2와 절연 재료의 해당 유전 상수 ER이 주어지면 이러한 요소를 결합하여 다음 공식을 사용하여 표피 효과 손실을 줄일 수 있습니다. 전자기장과 마이크로파에 대한 기본 책에서 Z0는 d2, d1 및 ER의 함수임을 알 수 있습니다(참고: 절연층의 비유전율). 수학식 2를 수학식 1에 대입하면 분자와 분모에 d2를 곱합니다. , 공식 3을 정리한 후 상수항 (/60)*(1/d2)을 분리하고 유효항 ((1+d2/d1)/ln(d2/d1))이 최소점을 결정합니다. d2/d1에 의해서만 제어되고 ER 및 고정값 d2와는 아무런 관련이 없는 공식 3의 공식의 최소점을 자세히 살펴보십시오. d2/d1을 매개변수로 취하고 L에 대한 그래프를 그립니다. d2/d1=3.5911(참고: 초월 방정식 풀기)일 때 최소값을 구합니다. 고체 폴리에틸렌의 유전율이 2.25이고 d2/d1=3.5911이라고 가정하면 특성 임피던스는 51.1옴입니다. 오래 전에 무선 엔지니어는 편의상 이 값을 동축 케이블의 최적 값으로 50옴으로 근사했습니다. 이것은 0 ohm 부근에서 L이 가장 작다는 것을 증명합니다. 그러나 이것은 다른 임피던스의 사용에 영향을 미치지 않습니다. 예를 들어, 동일한 실드 직경(참고: d2)과 절연체(참고: ER)로 75ohm 5 케이블을 만들면 표피 효과 손실이 12% 증가합니다. 다른 절연체의 경우 최적의 d2/d1 비율에 의해 생성된 최적의 임피던스는 약간 다릅니다(참고: 예를 들어 공기 절연은 약 77옴에 해당하며 엔지니어는 사용하기 쉽도록 75옴 값을 선택합니다). 기타 보완 사항: 위의 유도는 75옴 TV 케이블 절단면이 연꽃 모양의 중공 코어 구조이고 50옴 통신 케이블이 솔리드 코어인 이유도 설명합니다. 또한 중요한 알림이 있습니다. 경제적인 여건이 허락하는 한 외경이 큰 케이블을 선택하십시오(참고: d2). 강도를 높이는 것 외에도 주된 이유는 외경이 클수록 내경(최적 직경 비율 d2)/d1)이 클수록 도체의 RF 손실이 당연히 작아지기 때문입니다. 50옴이 RF 전송 라인의 임피던스 표준이 된 이유는 무엇입니까? Bird Electronics는 Harmon Banning의 "케이블: 50옴의 기원에 대한 많은 이야기가 있을 수 있습니다."에서 가장 많이 유통된 버전 중 하나를 제공합니다. 2차 세계 대전 중 마이크로웨이브 응용 프로그램의 초기에는 임피던스 선택이 사용 요구 사항에 완전히 의존했습니다. 고전력 처리의 경우 30옴과 44옴이 자주 사용되었습니다. 반면에 가장 낮은 손실 공기 충전 라인의 임피던스는 93옴입니다. 그 당시에는 거의 사용되지 않는 고주파의 경우 유연한 유연한 케이블이 없었고 공기 매체로 채워진 단단한 덕트만 있었습니다. 1950년대 초 반강체 케이블이 탄생했고, 약 10년 후 실제 마이크로웨이브 플렉서블 케이블이 등장했습니다. 기술의 발전과 함께 경제성과 편의성 사이의 균형을 맞추기 위해 임피던스 규격이 주어져야 합니다. 미국에서는 50옴이 절충안입니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 육군과 해군이 합동으로 설립한 JAN이라는 조직이 나중에 MIL에서 특별히 개발한 DESC가 되었습니다. 유럽은 60옴을 선택했습니다. 실제로 미국에서 가장 많이 사용되는 도관은 기존의 봉과 수도관으로 구성되어 있으며 51.5옴이 매우 일반적이다. 50옴에서 51.5옴 사이의 어댑터/컨버터를 보고 사용하는 것은 이상하게 느껴집니다. 결국 50옴이 나왔고 특수 도관이 제작되었습니다(또는 데코레이터가 튜브의 직경을 약간 변경했을 수도 있습니다). 얼마 지나지 않아 Hewlett-Packard와 같은 업계의 지배적인 회사의 영향으로 유럽인들도 변화할 수 밖에 없었습니다. 75옴은 장거리 통신의 표준입니다. 유전체 충진 라인이기 때문에 77옴에서 가장 낮은 손실을 얻을 수 있습니다. 93옴은 컴퓨터 호스트와 모니터를 연결하는 것과 같은 짧은 연결에 사용되었습니다. 낮은 커패시턴스 기능은 회로의 부하를 줄이고 더 긴 연결을 허용합니다. 관심 있는 독자는 더 자세한 설명이 포함된 MIT RadLab 시리즈, Volume 9를 참조할 수 있습니다.
