Чому характерні опір мають значення лише тоді, коли сліди довші половини хвилі?

Чому характерні опори слідів не враховуються, коли сліди коротші довжини половини хвилі? У мене була така ж проблема з дифракцією світла, що трапляється, коли прорізи менше половини хвилі - це має сенс якось, але я не можу "бачити" це, я не розумію, як довжина хвилі пов'язана з відображеннями (Я вважаю, що це єдині причини, чому ми піклуємося про відповідність імпедансу). Я намагаюся зробити так, щоб аналогія океанських хвиль спрацювала, але ... Ну, те, що я це прошу, це все говорить.

Деякі недобросовісні самореклами: Моделювання онлайн-лінії передачі

Регулювання довжини лінії передачі та частоти сигналу еквівалентно регулюванню затримки часу ( tDelay) проти часу підйому ( tRise).

Деякі цікаві параметри: встановити tDelay=tRise/10. Це той випадок, коли довжина хвилі набагато довша, ніж лінія передачі. Зауважте, що червоний слід відбиватиметься від дальнього кінця кілька разів до досягнення піку "на" рівні 1В. Однак кожне відображення є відносно невеликим, оскільки напруга зліва від червоного сліду не суттєво відрізняється від рівня приводу (синій слід). Сигнал зміг поширюватися до цілі досить швидко, щоб відстань розділення ніколи не ставала занадто значною.

Тепер повторіть із випадком сказати tDelay=tRise/2. Зауважте, що розділення напруги джерела ведучого від червоного невідповідної напруги припинення значно більше. Коли сигнал нарешті доходить до кінця лінії передачі, відбиття є досить суворим. Ця невідповідність між тим, що приймач вважає напругою приводу, і справжньою напругою приводу диктує величину будь-яких відображень. Повторні відбиття виникають через те, що відображення призводить до того, що рівень лінії перевищує рівень джерела, але він менший, ніж перший відбиток. Сигнал відображається неодноразово, поки рівень не вляжеться біля напруги джерела.

Сліди довжини хвилі на 1/4 можуть бути також істотними. Звичайне правило, яке я чув і використовував, полягає в тому, що ви можете, мабуть, нехтувати ефектами лінії передачі, коли довжина менше 1/10 або 1/20 довжини хвилі.

Для простого прикладу, скажімо, ви припиняєте лінію 1/4 довжини хвилі з відкритим ланцюгом і керуєте нею одночастотним джерелом. Після відбиття сигналу до джерела (на відстань 1/4 довжини хвилі) він буде дивитися на джерело так, як він керує коротким замиканням замість відкритого. Це досить вагомий ефект.

Для більш звичної ситуації в цифровому дизайні ви проектуєте лінію як 50 Ом, а закінчуєте лінію на 50 Ом, але фактичний характерний опір лінії може змінюватися у виробництві від 45 до 55 Ом. Ви хочете знати, наскільки великий вплив матиме цілісність сигналу.

Якщо лінія довга, сигнал поширюється до кінця і відбивається назад. Потім він розповсюджується назад до джерела (який, можливо, зовсім не відповідає) та відображається знову. І так далі. Це створює напругу при навантаженні з істотним кільцем на кожному піднімається і падаючому краї. Час, який потрібен для вимирання цього кільця, довший, якщо сліду довше, тому що потрібен час, щоб ці відображення поширювалися туди-сюди.

З іншого боку, якщо лінія буде дуже короткою (менше 1/10 довжини хвилі на "критичній частоті", пов'язаній з часом підйому та падіння цифрових сигналів), ці відбиття відбудуться протягом часу зростання або падаюча кромка все ще триває, і не буде створювати дуже багато кільця (перекриття або внизу) при навантаженні.

Ось чому ви часто чуєте велике правило, що контроль імпедансу не потрібен, коли довжина сліду є невеликою часткою довжини хвилі.

Довга довжина хвилі порівняно зі слідами насправді означає, що напруга вздовж слідів мало - одна кінець завжди майже така ж напруга, що й інший кінець (порівняно з величиною сигналу), тому ефект віддзеркалень мінімальний.

Як говорить @ThePhoton, ви повинні думати 1/10 або 1/20 довжини хвилі, а не 1/4.

Якщо ви думаєте про хвилі води у вузькому глибокому резервуарі, і одна сторона не може бути набагато вищою за іншу (скажімо, у 10 разів більше довжини хвилі), це стає більше схожим на підняття та опускання води в бачку.

Четвертохвильовий неперерваний кабель буде схожий на короткий контур, цього слід уникати з очевидних причин. Оскільки кабель скорочується в довжину, речі покращуються для високочастотних частин спектру сигналу і, як правило, приблизно на одну десяту частину закінчень довжини хвилі забуваються.

Ось як виглядає лінія з відкритим кінцем, коли її довжина дорівнює довжині чверті хвилі прикладеної напруги: -

http://www.ibiblio.org/kuphaldt/electricCircuits/AC/02383.png

І якщо ви дійсно хочете дізнатися більше про це, цей сайт може допомогти