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¿Por qué las impedancias características solo son importantes cuando las trazas son más largas que media longitud de onda?

¿Por qué no se consideran las impedancias características de las trazas cuando estas son más cortas que la mitad de una longitud de onda? He tenido el mismo problema con la difracción de la luz, que ocurre cuando los agujeros son más pequeños que la mitad de una longitud de onda, de alguna manera tiene sentido, pero no puedo "verlo", no entiendo cómo las longitudes de onda están relacionadas con las reflexiones (que supongo son las únicas razones por las que nos importa la coincidencia de impedancias). Estoy tratando de hacer funcionar la analogía de las olas del océano pero... Bueno, el hecho de que esté haciendo esta pregunta lo dice todo.

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Buena pregunta. Me encantaría ver respuestas fácilmente comprensibles.

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Media longitud de onda está equivocado, es 1/10 o menos.

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RWH Puntos 21

Una traza de 1/4 de longitud de onda o más corta también puede tener un efecto sustancial. La regla general que he escuchado y usado es que probablemente puedes ignorar los efectos de la línea de transmisión cuando la longitud es menor a 1/10 o 1/20 de la longitud de onda.

Como ejemplo simple, supongamos que terminas una línea de 1/4 de longitud de onda con un circuito abierto y la impulsas con una fuente de una sola frecuencia. Después de que la señal refleja de vuelta a la fuente (a 1/4 de longitud de onda), parecerá a la fuente que está impulsando un circuito corto en lugar de un abierto. Ese es un efecto bastante sustancial.

En una situación más usual en el diseño digital, diseñas la línea como de 50 ohmios, y la terminas con 50 ohmios, pero la impedancia característica real de la línea podría variar en producción entre 45 y 55 ohmios. Quieres saber qué tan grande será el efecto en la integridad de la señal.

Si la línea es larga, la señal se propaga hasta el final, y refleja de vuelta. Luego se propaga de vuelta a la fuente (que podría no estar bien emparejada en absoluto) y refleja de nuevo. Y así sucesivamente. Esto produce un voltaje en la carga con un anillo sustancial en cada flanco ascendente y descendente. El tiempo que tarda en desaparecer este anillo es mayor si la traza es larga porque toma tiempo para que esas reflexiones se propaguen de ida y vuelta.

Por otro lado, si la línea es muy corta (menor a 1/10 de longitud de onda en la "frecuencia crítica" relacionada con el tiempo de subida y caída de las señales digitales), estas reflexiones ocurrirán todas dentro del tiempo en que el flanco ascendente o descendente aún está en progreso, y no producirán mucho anillo (sobrepico o subpico) en la carga.

Por eso a menudo se dice que el control de impedancia no es necesario cuando la longitud de la traza es una fracción pequeña de la longitud de onda.

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Ryan Ginstrom Puntos 8354

Algo de autopromoción deshonesta: Simulación de línea de transmisión en línea

Ajustar la longitud de la línea de transmisión vs. la frecuencia de la señal es equivalente a ajustar el retardo en el tiempo (tDelay) vs. el tiempo de subida (tRise).

Algunos parámetros interesantes: establece tDelay=tRise/10. Este es el caso en el cual la longitud de onda es mucho más larga que la línea de transmisión. Observa que la traza roja se reflejará desde el extremo lejano varias veces antes de alcanzar el nivel pico de "encendido" de 1V. Sin embargo, cada reflejo es relativamente pequeño porque el voltaje a la izquierda de la traza roja no es significativamente diferente al nivel de manejo (traza azul). La señal pudo propagarse hacia el objetivo lo suficientemente rápido como para que la distancia de separación nunca se volviera demasiado significativa.

Ahora repite con un caso de decir tDelay=tRise/2. Observa que la separación del voltaje de la fuente de conduce del voltaje de terminación rojo desemparejado es significativamente mayor. Cuando la señal finalmente alcanza el final de la línea de transmisión, la reflexión es bastante severa. Esta discrepancia entre lo que el receptor cree que es el voltaje de manejo y el verdadero voltaje de manejo dicta la magnitud de cualquier reflexión. Las reflexiones repetidas suceden porque la reflexión hace que el nivel de la línea supere el nivel de la fuente, pero es menor que la primera reflexión. La señal se refleja repetidamente hasta que el nivel se estabiliza cerca del voltaje de la fuente.

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Increíble pieza de software. Exactamente lo que estaba buscando cuando investigaba sobre reflexiones de señal, y que se ajusta perfectamente al asunto en cuestión aquí.

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El enlace me ayudó a visualizar la reflexión. ¡Gracias!

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Spehro Pefhany Puntos 90994

Una longitud de onda larga en comparación con las trazas en realidad significa que hay poco voltaje a lo largo de las trazas: un extremo siempre tiene casi el mismo voltaje que el otro extremo (en comparación con la magnitud de la señal), por lo que el efecto de las reflexiones es mínimo.

Como dice @ThePhoton, deberías estar pensando en 1/10 o 1/20 de longitud de onda y no 1/4.

Si piensas en las ondas de agua en un tanque estrecho y profundo, y un lado no puede ser mucho más alto que el otro (10 veces la longitud de onda, por ejemplo), se vuelve más como subir y bajar el agua en el tanque.

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Me gusta la analogía del tanque de agua :)

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ianb Puntos 659

Un cable sin terminar de una cuarta onda se verá como un cortocircuito y esto debe evitarse por razones obvias. A medida que el cable se reduce en longitud, las cosas mejoran para las partes de alta frecuencia de su espectro de señal y, generalmente, aproximadamente una décima parte de una longitud de onda las terminaciones se olvidan.

Así es como se ve una línea abierta cuando su longitud se ajusta a una cuarta onda de la tensión aplicada: -

enter image description here
(fuente: <a href="http://www.ibiblio.org/kuphaldt/electricCircuits/AC/02383.png" rel="nofollow noreferrer">ibiblio.org</a>)

Y, si realmente quieres entender más al respecto, este sitio puede ayudar: this

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Artículo excepcional en el que enlazaste, es muy claro al leerlo. Mereces más votos.

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Me gustaría aceptar el tuyo y el de helloworld922, pero por el trabajo que él ha hecho en el software de simulación, me quedaré con el suyo. Sin embargo, tu enlace tiene todas las respuestas.

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Sigo leyendo el artículo vinculado. Tengo que leerlo varias veces. Gracias por compartir.

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