特定の幅のトレースの場合、3つの主な要因がインピーダンスに影響を与えますPCBトレース。まず、PCBトレースの近接場のEMI（電磁干渉）は、基準面からのトレースの高さに比例します。高さが低いほど、放射は小さくなります。次に、クロストークはトレースの高さによって大幅に変化します。高さが半分になると、クロストークは4分の1近くになります。最後に、高さが低いほどインピーダンスが小さくなり、容量性負荷の影響を受けにくくなります。 3つの要素すべてにより、設計者はトレースを基準面にできるだけ近づけることができます。トレースの高さをゼロに下げることができない理由は、ほとんどのチップが50オーム未満のインピーダンスで伝送ラインを駆動できないためです。 （このルールの特殊なケースは、27オームを駆動できるRambus、および17オームを駆動できるNationalのBTLシリーズです）。すべての状況が50オームを使用するのに最適なわけではありません。たとえば、8080プロセッサの非常に古いNMOS構造は、EMI、クロストーク、容量性負荷の問題なしに100KHzで動作し、50オームを駆動することはできません。このプロセッサの場合、高インピーダンスは低消費電力を意味するため、可能な限り細くて高インピーダンスのワイヤを使用する必要があります。純粋に機械的な観点も考慮する必要があります。たとえば、密度の観点から、多層基板の層間の距離は非常に小さく、70オームのインピーダンスに必要な線幅プロセスを実現することは困難です。この場合、線幅が広く、製造が容易な50オームを使用する必要があります。同軸ケーブルのインピーダンスはどれくらいですか？ RF分野では、考慮される問題はPCBで考慮される問題と同じではありませんが、RF業界の同軸ケーブルも同様のインピーダンス範囲を持っています。 IECの出版物（1967）によると、75オームは、同軸ケーブルの一般的なインピーダンス標準です（注：空気は絶縁層として使用されます）。これは、いくつかの一般的なアンテナ構成に一致させることができるためです。また、固定直径と誘電率の外部シールド層が2.2（固体ポリエチレンの誘電率）に固定されている場合、50オームのインピーダンス表皮効果損失が最小であるため、固体ポリエチレンに基づく50オームケーブルを定義します。基本的な物理学から、50オームが最適であることを証明できます。ケーブルの表皮効果損失L（デシベル単位）は、総表皮効果抵抗R（単位長）を特性インピーダンスZ0で割った値に比例します。全表皮効果抵抗Rは、シールド層と中間導体の抵抗の合計です。シールド層の表皮効果抵抗は、高周波での直径d2に反比例します。同軸ケーブルの内部導体の表皮効果抵抗は、高周波での直径d1に反比例します。したがって、総直列抵抗Rは（1 / d2 + 1 / d1）に比例します。これらの要因を組み合わせて、d2と対応する絶縁材料の誘電率ERを指定すると、次の式を使用して表皮効果の損失を減らすことができます。電磁界とマイクロ波に関する基本的な本では、Z0がd2、d1、およびERの関数であることがわかります（注：絶縁層の比誘電率）。式2を式1に入れると、分子と分母にd2が掛けられます。 、式3を整理した後、定数項（/ 60）*（1 / d2）が分離され、有効項（（1 + d2 / d1）/ ln（d2 / d1））が最小点を決定します。式3の式の最小点を詳しく見てください。これはd2/d1によってのみ制御され、ERおよび固定値d2とは関係ありません。 d2 / d1をパラメーターとして取り、Lのグラフを描きます。d2/ d1 = 3.5911（注：超越方程式を解く）の場合、最小値を取得します。固体ポリエチレンの誘電率が2.25でd2/d1 = 3.5911であると仮定すると、特性インピーダンスは51.1オームです。昔、無線エンジニアは、便宜上、この値を同軸ケーブルの最適値として50オームに概算していました。これは、約0オームでLが最小であることを証明しています。ただし、これは他のインピーダンスの使用には影響しません。たとえば、同じシールド直径（注：d2）と絶縁体（注：ER）で75オーム5ケーブルを作成すると、表皮効果の損失が12％増加します。絶縁体が異なれば、最適なd2 / d1比によって生成される最適なインピーダンスはわずかに異なります（注：たとえば、空気絶縁は約77オームに相当し、エンジニアは使いやすいように75オームの値を選択します）。その他の補足：上記の導出は、75オームのTVケーブルの切断面が蓮の形をした中空のコア構造であるのに対し、50オームの通信ケーブルが中実のコアである理由も説明しています。重要なリマインダーもあります。経済状況が許す限り、外径の大きいケーブルを選択してください（注：d2）。強度を上げることに加えて、主な理由は、外径が大きいほど、内径が大きくなる（最適な直径比d2）/ d1）ため、導体のRF損失はもちろん小さくなります。なぜ50オームがRF伝送ラインのインピーダンス標準になったのですか？ Bird Electronicsは、Harmon Banningの「ケーブル：50オームの起源について多くの物語があるかもしれない」からの物語の最も流通しているバージョンの1つを提供します。マイクロ波アプリケーションの初期の第二次世界大戦中、インピーダンスの選択は使用の必要性に完全に依存していました。高出力処理では、30オームと44オームがよく使用されました。一方、最も損失の少ない空気で満たされたラインのインピーダンスは93オームです。当時、めったに使用されなかったより高い周波数では、柔軟なフレキシブルケーブルはなく、空気媒体で満たされた剛性のダクトだけでした。セミリジッドケーブルは1950年代初頭に誕生し、実際のマイクロ波フレキシブルケーブルは約10年後に登場しました。技術の進歩に伴い、経済性と利便性のバランスをとるためにインピーダンス規格を設ける必要があります。米国では、50オームが妥協案です。陸海軍がこれらの問題を解決するために、JANと呼ばれる組織が設立されました。この組織は後にDESCとなり、MILによって特別に開発されました。ヨーロッパは60オームを選びました。実際、米国で最も一般的に使用されている導管は、既存のロッドと水道管で構成されており、51.5オームが非常に一般的です。 50オームから51.5オームまでのアダプター/コンバーターを見て使用するのは奇妙に感じます。結局、50オームが勝ち、特別な導管が製造されました（または、デコレータがチューブの直径をわずかに変更した可能性があります）。その後すぐに、ヒューレット・パッカードのような業界の支配的な企業の影響下で、ヨーロッパ人も変化を余儀なくされました。 75オームは長距離通信の標準です。誘電体充填ラインであるため、77オームで最小の損失が得られます。コンピュータホストとモニターの接続などの短い接続には、93オームが使用されています。その低静電容量機能により、回路の負荷が軽減され、より長い接続が可能になります。興味のある読者は、より詳細な説明が含まれているMIT RadLab Series、Volume9を参照できます。
