Dirençli dijital hatların yavaşlatılması neden iyidir?

Bazen üzerine bir direnç koyarak dijital bir çizgiyi "yavaşlatmanın" tavsiye edildiğini duydum, diyelim ki bir yonganın çıktısı ile başka bir yonganın girişi arasında 100 ohm'luk bir direnç varsayalım; sinyalleşme hızı oldukça yavaş, örneğin 1-10 MHz). Açıklanan faydalar arasında azaltılmış EMI, çizgiler arasında azaltılmış karışma ve düşürülmüş zemin sıçrama veya besleme voltajı düşmeleri yer alır.

Bu konuda şaşırtıcı olan , bir direnç varsa, girişi değiştirmek için kullanılan toplam güç miktarının biraz daha yüksek olacağıdır. Sürülen çipin girişi, 3-5 pF kapasitör (daha fazla veya daha az) gibi bir şeye eşittir ve bir direnç vasıtasıyla şarj edilmesi, hem giriş kapasitansında depolanan enerjiyi alır (5 pF * (3 V) ² ) ve anahtarlama sırasında direnç enerji tüketilmesi (diyelim 10 ns (3 V) * ki ² /100 ohm). Zarf arkası hesaplaması, dirençte harcanan enerjinin, giriş kapasitansında depolanan enerjiden daha büyük bir emir olduğunu gösterir. Bir sinyali daha sert sürmek zorunda kalmak gürültüyü nasıl azaltır ?

Bir çıkış ile bir giriş arasındaki PCB bağlantısını (veya kabloyu) düşünün. Temelde bir anten veya radyatör. Bir seri direnç eklemek, çıkış durumu değiştiğinde pik akımı sınırlar - bu, üretilen geçici manyetik alanda bir azalmaya neden olur ve bu nedenle devrenin diğer bölgelerine veya dış dünyaya bağlanmayı azaltma eğiliminde olacaktır.

İstenmeyen indüklenmiş emf =$-N\dfrac{d\Phi}{dt}$

İki PCB izi arasındaki (örneğin) basit girişim durumunda "N" birdir (dönüş).

Akı ( ), akımla doğrudan orantılıdır ve böylece bir direnç eklemek, iki sayede işleri iyileştirir; ilk olarak, tepe akımı (ve dolayısıyla tepe akısı) azaltılır ve ikincisi, direnç, akımın değişim hızını yavaşlatır (ve bu nedenle de akının değişim oranı) ve bunun açıkça ortaya çıkan herhangi bir indüklemenin büyüklüğü üzerinde doğrudan bir sonucu vardır. emf, çünkü emf, akı değişim oranı ile orantılıdır.$\Phi$

Daha sonra, direnç arttığında hattaki voltajın yükselme süresini düşünün - yükselme süresi uzayacak ve bu, diğer devrelere elektriksel alan bağlantısının azaltılacağı anlamına gelir. Bunun nedeni devre içi kaçak kapasitanstır (Q = CV olduğunu hatırlayarak): -

$\dfrac{dq}{dt} = C\dfrac{dv}{dt} = I$

Gerilim değişim oranı azalırsa, diğer devrelere (parazitik kapasitans yoluyla) enjekte edilen akımın etkisi de azalır.

Sorunuzdaki enerji argümanına gelince, çıkış devresinin kaçınılmaz olarak bir miktar çıkış direnci olduğu göz önüne alındığında, eğer matematiği yaptıysanız ve bu dirençte harcadığınız gücü hesaplanan giriş kapasitansını her doldurduğunuzda ya da boşalttığınızda, Direnç değeri değişmiş olsa bile t. Kulağa sezgisel gelmediğini biliyorum ama daha önce bu argümandan düştük ve soruyu bulmaya çalışacağım ve ilginç çünkü ilginç.

Bu soruyu deneyin - kapasitörleri şarj ederken enerjinin nasıl kaybolduğu konusunu ele alan birkaç kişiden biri. Bulmaya çalışacağım daha yeni bir tane var.

İşte burada .

Bu "yavaşlama" özelliği için doğru terim, dönüş hızıdır . Bir direnç eklemek giriş kapasitansı ile düşük geçişli bir RC filtresi oluşturarak dönüş hızını azaltır. Bu dirençlerin etkisini aşağıdaki osilogramda görebilirsiniz (daha yüksek dönüş hızına sahip yeşil eğri çok daha fazla gürültü çıkarır):

Bahsettiğiniz güç tüketimi artışı aslında gerçek değil. Ne kadar hızlı şarj ettiğinize bakmaksızın, bir kapasitör şarj etmek için aynı miktarda enerji gerekir. Direncin eklenmesi bu enerji kaybını sadece görünür kılarken, direnç olmadan aynı enerji CMOS çıkış kapıları tarafından dağılabilir.

Direnç hattını 'yavaşlatıyor' olarak düşünmek çok basit bir işlemdir, çünkü en azından yüksek hızlı sinyallemede bunun için gerçekten orada değil ve direncini düşürmek veya kaldırmak isteyeceğiniz anlamına geliyor daha hızlı git.

Aslında, parçanın temsil ettiği iletim hattı için seri sonlandırmasıdır. Bu nedenle, değeri artı sürücünün çıkış empedansı, pistin karakteristik empedansına eşit olmalıdır.

Şoförünüz direncin üzerinden çizginin üzerinden bir kenar fırlattığında, son gerilimin yarısında uzak ucuna kadar gider (çünkü kaynak empedansı ve iz empedansı tarafından oluşturulmuş bir potansiyel bölücü vardır) ve sonra açıkta yansıtılır. uzak ucunda gösterilen ve voltajını tam seviyeye iki katına çıkartan devre. Yansıma, kaynağa geri gider, bu noktada kaynak direnci tarafından sonlandırılır (çıkış sürücülerinin düşük empedansı ile).

Böylece uzak uç, gönderildikten sonra bir yayılma gecikmesini güvenle kullanabileceği (yani en kısa sürede) güzel bir temiz kenar elde eder ve birden fazla gidiş dönüş süresi için geriye ve ileriye doğru çarpan bir dizi yansıma yoktur. EMI / crosstalk ve gecikmelere neden olur.

Dezavantajı, çizginin ortasına bakarsanız, komik basamaklı bir dalga formu görmenizdir, yani bu multidrop bağlantılar için her zaman uygun bir teknik değildir. (Kesinlikle çok kutuplu saatler değil)

Güncelleştirme:

Sadece açıklığa kavuşturmak için, bu durumlarda en önemli olan sinyalin yükselme süresidir, hangi kenarları ürettiğiniz frekansı değil. İdeal bir dünyada, iletmeye çalıştığınız frekans için hassas olan kenar oranlarına sahip sürücülere her zaman sahip olacaksınız, ancak bugünlerde çoğu zaman durum böyle değil ve sürücünüzün yükselme süresi kısaysa, o zaman düşünmeniz gerekir. zil. Bir veri hattında, bu önemli olmayabilir (EMI dışında), çünkü hepsi bir sonraki saatin kenarından önce durmuş olacak, fakat bir saatte, sadece bir milyon olan bir felaket olsa bile, bir çift saatli felaket olabilir. saniyede bir kez.

Howard Johnson, fesih gerekip gerekmediğini görmek için yükselme zamanının 1 / 6'sından daha uzun bir şeyi taklit etmeniz gerektiğini düşünüyor. 1ns yükseliş süresinde 150ps, yani yaklaşık bir inç. Diğer insanlar, yükselme süresinin nanosaniye başına 2 inç gibi şeylerin sona ermesi için kritik uzunluk olduğunu söyler.

daha zor bir sinyal sürmek zorunda

Diğer yol: dijital çıkışın tahrik gücü, çıkış transistörlerinin boyutuna bağlı olarak sabit bir miktardır (*). Çok fazla sürüş gücünüz varsa, büyük bir kısa akım darbesi alırsınız. Bir direnç bunu daha uzun ve daha düz bir darbeye dönüştürür. (Geçerli zaman grafiğindeki nabız altındaki alanın sabit olduğunu düşünüyorum, ancak matematiği yapmadım).

Akım darbeniz ne kadar keskin olursa, sistemi bir iletim hattı olarak o kadar fazla düşünmeniz gerekir. Sonra direnç kaynak sonlandırma direnci olarak görünür.

(*) Değiştirilebilir tahrik gücü olan bazı cihazlar elde edebilirsiniz, ancak bu sadece pin başına çoklu çıkış transistörlerinin olduğu anlamına gelir.