Mengapa impedansi karakteristik hanya penting ketika jejak lebih dari setengah panjang gelombang?

Mengapa impedansi karakteristik jejak tidak dipertimbangkan ketika jejak lebih pendek dari setengah panjang gelombang? Saya memiliki masalah yang sama dengan difraksi cahaya, yang terjadi ketika lubang kecil lebih kecil dari setengah panjang gelombang - entah bagaimana itu masuk akal, tapi saya tidak bisa "melihatnya", saya tidak mengerti bagaimana panjang gelombang berhubungan dengan refleksi (yang saya asumsikan adalah satu-satunya alasan mengapa kami peduli tentang pencocokan impedansi). Saya mencoba membuat analogi gelombang laut bekerja tetapi ... Ya, fakta bahwa saya menanyakan hal ini mengatakan semuanya.

Beberapa promosi diri yang tidak bermoral: Simulasi Jalur Transmisi Online

Menyesuaikan panjang saluran transmisi dengan frekuensi sinyal sama dengan menyesuaikan waktu tunda ( tDelay) vs waktu naik ( tRise).

Beberapa parameter menarik: set tDelay=tRise/10. Ini adalah kasus di mana panjang gelombang jauh lebih panjang daripada saluran transmisi. Perhatikan bahwa jejak merah akan mencerminkan dari ujung jauh beberapa kali sebelum mencapai puncak "pada" level 1V. Namun, setiap pantulan relatif kecil karena tegangan di sebelah kiri jejak merah tidak berbeda secara signifikan dari tingkat penggerak (jejak biru). Sinyal mampu merambat ke target dengan cukup cepat sehingga jarak pemisahan tidak pernah menjadi terlalu signifikan.

Sekarang ulangi dengan kasus katakan tDelay=tRise/2. Perhatikan bahwa pemisahan tegangan sumber penggerak dari tegangan terminasi merah yang tidak cocok lebih signifikan. Ketika sinyal akhirnya mencapai ujung saluran transmisi, pantulannya cukup parah. Ketidakcocokan ini antara apa yang penerima pikirkan tentang tegangan drive dan tegangan drive yang sebenarnya menentukan besarnya refleksi. Refleksi yang berulang datang karena refleksi menyebabkan level garis terlalu banyak menembak level sumber, tetapi lebih kecil dari refleksi pertama. Sinyal berefleksi berulang kali hingga levelnya mendekati tegangan sumber.

Jejak 1/4 panjang gelombang atau lebih pendek juga dapat memiliki efek besar. Aturan praktis yang biasa saya dengar dan gunakan adalah bahwa Anda mungkin dapat mengabaikan efek saluran transmisi ketika panjangnya kurang dari 1/10 atau 1/20 panjang gelombang.

Sebagai contoh sederhana, misalkan Anda mengakhiri garis panjang gelombang 1/4 dengan sirkuit terbuka dan mengendarainya dengan sumber frekuensi tunggal. Setelah sinyal dipantulkan kembali ke sumber (panjang gelombang 1/4), itu akan terlihat ke sumber seperti itu mengendarai korsleting bukan terbuka. Itu efek yang cukup besar.

Untuk situasi yang lebih umum dalam desain digital, Anda mendesain garis sebagai 50 ohm, dan mengakhiri garis dengan 50 ohm, tetapi impedansi karakteristik aktual garis mungkin bervariasi dalam produksi antara 45 dan 55 ohm. Anda ingin tahu seberapa besar efek yang akan terjadi pada integritas sinyal.

Jika garis panjang, sinyal merambat ke ujung, dan memantul kembali. Kemudian menyebar kembali ke sumber (yang mungkin tidak cocok sama sekali) dan merefleksikan lagi. Dan seterusnya. Ini menghasilkan tegangan pada beban dengan cincin besar pada setiap sisi naik dan turun. Waktu yang dibutuhkan cincin ini untuk mati lebih lama jika jejaknya lebih lama karena dibutuhkan waktu agar refleksi itu merambat maju mundur.

Di sisi lain, jika garis sangat pendek (kurang dari 1/10 panjang gelombang pada "frekuensi kritis" terkait dengan naik turunnya waktu dari sinyal digital), refleksi ini semua akan terjadi dalam waktu naik atau ujung jatuh masih dalam proses, dan tidak akan menghasilkan cincin sangat banyak (overshoot atau undershoot) pada beban

Inilah sebabnya mengapa Anda akan sering mendengar aturan praktis bahwa kontrol impedansi tidak diperlukan ketika panjang jejak adalah sebagian kecil dari panjang gelombang.

Panjang gelombang yang panjang dibandingkan dengan jejak sebenarnya berarti bahwa ada sedikit tegangan di sepanjang jejak-satu ujung selalu hampir sama dengan tegangan yang lain (dibandingkan dengan besarnya sinyal) sehingga efek refleksi adalah minimal.

Seperti kata @ThePhoton Anda harus berpikir panjang gelombang 1/10 atau 1/20 tidak 1/4.

Jika Anda berpikir tentang gelombang air di tangki dalam yang sempit, dan satu sisi tidak bisa jauh lebih tinggi dari yang lain (katakanlah 10 kali panjang gelombangnya), itu menjadi lebih seperti menaikkan dan menurunkan air di dalam tangki.

Kabel seperempat gelombang yang tidak ditanami akan terlihat seperti ciruit pendek dan ini harus dihindari karena alasan yang jelas. Ketika kabel berkurang panjangnya, hal-hal menjadi lebih baik untuk bagian frekuensi tinggi dari spektrum sinyal Anda dan, biasanya sekitar sepersepuluh dari terminasi panjang gelombang dilupakan.

Beginilah bentuk garis ujung terbuka ketika panjangnya dicocokkan dengan panjang gelombang seperempat dari voltase yang diberikan: -

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

Dan, jika Anda benar-benar ingin memahami lebih banyak tentang itu, situs ini dapat membantu