Yükselme süresi sinyalin bant genişliği ile nasıl ilişkilidir?


9

Diyelim ki, iletim hattı efektleriyle uğraşmamak için dijital sinyal kenarlarımın yükselme süresini sınırlamak istiyorum.

Yükselme süremin 5ns olduğunu bilerek sinyalimdeki maksimum harmonik frekansını nasıl belirleyebilirim?

Alçak yonga filtrenin, alıcı çip üzerindeki tutma süresinin 10ns olduğunu bilerek köşe frekansını nasıl belirleyebilirim?

Vikipedi'de formülü buldum

BW=0.34trise

bu durumda geçerli mi?


Düzenle

Kendimi açıklığa kavuşturamadım, bu yüzden düşünce tarzımı açıklamaya çalışacağım.

Diyelim ki, 30HMz sinyalim var ve iz uzunluğum dalga boyunun 1 / 10'unun oldukça altında. Bu yüzden iletim hattı etkileriyle ilgili olarak uğraşmak zorunda değilim. Ama kenarlarım dik - 5ns. Bu, sinyalime potansiyel olarak iletim hattı etkilerinden muzdarip olacak bazı yüksek frekanslı bileşenler ekler.

Benim fikrim şu ki, geçiş geçişlerini iletim hattı olaylarıyla uğraşmak zorunda olmadığım bir noktaya kadar yavaşlatıyorum. Soru iki yönlüdür:

  • verilen iz uzunluğuyla devrimi "topaklı" olarak izleyebileceğim en hızlı yükselme / düşme süresini nasıl hesaplayabilirim?
  • yükselme / düşme zamanını nasıl yavaşlatırım?

Yükselme / düşme süresi, voltajın maksimum değerin% 10'undan% 90'ına değişme süresidir. FR4 kartındaki sinyalin yaklaşık hızını nasıl hesaplayacağımı biliyorum.


Bu sitede daha önce böyle bir soru gördüm, ama şu anda bulamıyorum.
AndrejaKo

Ben de bulamadım, bu yüzden soruyorum :)
miceuz

kenar hızları EMI / RFI için ana mekanizmadır, bu nedenle buna bakmak için iyi nedenler vardır. Seri dirençler yavaşlatmanıza yardımcı olur ve bazı sürücülerde değişken akım sürücüsü ve / veya kenar hızı kontrolü bulunur.
placeholder

Yanıtlar:


5

Yükselme süresi ile bant genişliği arasında birebir ilişki yoktur. Bir dönüş hızı sınırlayıcısı doğrusal olmayan bir filtredir, bu nedenle doğrudan belirgin bir çıkış frekansına sahip bir düşük geçiş filtresi olarak karakterize edilemez. Bunu zaman alanında düşünün ve bir dönüş hızı sınırının, amplitüd ile orantılı sinyalleri etkilediğini görebilirsiniz. 5 V / µs ile sınırlı bir 5 Vpp sinyali, 2 µs'den daha kısa bir süreye sahip olamaz, bu noktada 500 kHz üçgen dalgaya dejenere olur. Ancak, genliğin sadece 1 Vpp olması gerekiyorsa, sınır 2.5 MHz üçgen dalgadır. Doğrusal olmayan bir filtre kullanıldığında bant genişliği kavramı daha az netleştiğinden, en iyi ihtimalle yaklaşık olarak konuşabilirsiniz.

Cevabınız tam olarak “yükselme süresi” ne bağlı olarak da değişebilir. Bu, hiçbir nitelik olmadan asla kullanılmaması gereken bir terimdir. Basit bir RC filtresi bile belirsiz bir yükselme süresine sahiptir. Adım tepkisi üsteldir ve hiçbir yer net bir "son" değildir. Bu nedenle yükselme süresi sonsuzdur. Sonuna kadar ne kadar yaklaşmış olduğunuzu düşünmeniz gerektiğine dair bir eşik olmadan, "yükselme zamanı" terimi anlamsızdır. Bu nedenle , ya nihai değerin belirli bir kısmına yükselme süresi ya da dönüş oranından bahsetmeniz gerekir .

Bu nedenle, sitenizdeki denklem, en azından bir dizi nitelik olmadan, sadece yanlıştır. Belki bunlar, aldığınız sayfada bulunur, ancak konuyla ilgili alıntı yapmak yanlış yapar. Sorunuz şu anki haliyle sorulamaz.

Katma:

Şimdi gerçek sorunun keskin kenarlardan yüksek frekansları sınırladığını söylüyorsunuz, böylece sinyalin parçaları telinizin bir iletim hattı haline geldiği frekans aralığına girmiyor. Bunun yükselme zamanı ile doğrudan ilgisi yoktur. Asıl mesele frekans içeriği olduğundan, bununla doğrudan ilgilenin. En basit yol muhtemelen bir RC düşük geçiş filtresidir. Sinyale en yüksek ilgi frekansının üzerinde ve sisteminizin artık topaklı sayılamayacağı frekansın çok altında olacak şekilde ayarlayın. Bunlar arasında frekans alanı yoksa, istediğiniz şeyi yapamazsınız. Bu durumda, daha düşük bir bant genişliği sinyali, daha kısa bir kablo kullanmanız veya telin iletim hattı yönleriyle ilgilenmeniz gerekir.

Sizin durumunuzda, en yüksek ilgi frekansının 30 MHz olduğunu söylüyorsunuz, bu yüzden filtreyi buna veya biraz daha yüksek bir değere ayarlayın, 50 MHz diyelim, çünkü bu istediğiniz sinyali neredeyse bozulmadan bırakacaktır. 50 MHz dalga boyu boş alanda 6 metredir. İletim hattınızın ne kadar engel olduğunu söylemediniz, ama hadi şekil yayılımı telin üzerinde 3 metre dalga boyu bırakan ışık hızının yarısı olacak. İletim hattı sorunlarını göz ardı ederek oldukça güvenli olmak için, telin 300 mm veya yaklaşık bir ayak olan 1/10 dalga boyu veya daha az olmasını istersiniz. Tel bir ayak veya daha az uzunlukta ise, 50 MHz'de basit bir RC filtresi ekleyebilir ve unutabilirsiniz.

İletim hattı efektleri, aniden tel uzunluğuna göre bazı sihirli dalga boylarında görünmez, bu nedenle çok uzun bir süre gri bir alandır. 1/4 dalga boyuna kadar genellikle yeterince kısa olabilir. Eğer "uzun" ise, en iyi şey diğer tarafta bir engelleme kontrollü sürücü ve bir sonlandırıcı kullanmaktır. Ancak, bu hantaldır ve aynı zamanda sinyali yarı yarıya azaltır. Alıcının düşük genliği ile ilgilenirsiniz veya sürüş empedansı ve iletim hattı karakteristik empedansı ile bölünmeden önce vericide yükseltirsiniz.

Bazı deneysel ayarlamalar yapabilen daha basit bir çözüm, sürücü ile seri olarak küçük bir direnç koymak ve onunla yapılmasıdır. Bu, kablonun kapasitesiyle ve etrafındaki diğer başıboş kapasitansla birlikte düşük geçişli bir filtre oluşturacaktır. Kasıtlı bir RC kadar tahmin edilebilir değil, ama çok daha basit ve çoğu zaman yeterince iyi.


Bunu kim düşürdüyse, katılmıyorsanız veya bir şeyin yanlış olduğunu düşünüyorsanız, bunu açıklamak yararlı olacaktır.
Olin Lathrop

Bu kadar düşük oy kullanan ben değildim, ama yükselme süresi ve bant genişliği arasında bir ilişki var ve buna Fourier dönüşümü deniyor. Op'un bahsettiği formül bundan gelir (bu bir tür sadeleştirmedir).
Gustavo Litovsky

1
@OlinLathrop Sorumluluğumu, neden bahsettiğimi bildiğim gibi görünecek şekilde değiştirdim.
miceuz

@ gl38: Bu özellikler tanımlanana kadar iki özellik arasındaki ilişkiyi tanımlayamazsınız. Sadece "yükselme zamanı" tam olarak tanımlanmamıştır, bu yüzden frekansla nasıl ilişkili olduğunu söyleyemezsiniz ve kesinlikle Fourier dönüşümleri yapmaya başlayamazsınız.
Olin Lathrop

@Olin: Aynı yükselme süresi ile eşdeğer bir darbe oluşturan bir işlevi matematiksel olarak tanımlayabilir ve daha sonra üzerinde Fourier dönüşümü gerçekleştirebilirsiniz. Buradan frekans spektrumu ve dolayısıyla bant genişliği hakkında bilgi edineceksiniz. Gerçek yükselme süresini tanımlaması gerektiği konusunda haklısınız, ancak genellikle% 10 ila% 90 arası bir artış
Gustavo Litovsky

4

Bu formül tipik olarak diz frekansı olarak adlandırdığımız şeydir. Sinyalin% 10 -% 90 artış süresine dayanır ve genellikle kullandığımız bir dijital sinyale en yüksek ilgi frekansının ne olabileceğini anlatmak için bir yaklaşım olarak kullanılır. Veya bu sinyalin yüksek frekanslı enerji içeriğinin çoğunun bulunabileceği daha iyi bir yol olduğunu söyledi. Kanalınız bu bant genişliğini geçebiliyorsa, teorik olarak sinyalin herhangi bir yuvarlanma veya yükselme süresi bozulması görmezsiniz. Tabii ki pratikte sinyalinizi etkileyebilecek yansımalar gibi başka şeyler de var. İşte Mentor'daki Tom D, SI-LIST'de bunun iyi bir açıklamasını veriyor .

Kanalınız için kullanılan uzunluk ve malzemeyi bilmekle daha fazla ilgilenirim. İletim hattı etkilerini (çeyrek dalga boyundan daha uzun, bazıları 1/6 dalga boyunu söyleyebilir) dikkate almanız gerekecek kadar uzun mu? Gönderinizden ne yaptığınızı bilmiyorum, bu yüzden sadece genel tavsiye vermeye çalışın. İhtiyacınız yoksa yükselme sürenizi bir şekilde yavaşlatmaya çalışmak, sürücünüz patlatmadan kullandığınız filtre yükünü kaldırabildiği sürece kendi başına kötü bir fikir değildir.

Neden sadece doğru bir iletim hattı yapısı / kablosu kullandığınızdan ve düzgün bir şekilde sonlandığınızdan emin olmuyorsunuz? Projeniz için nedenleriniz olduğundan eminim, bu yüzden sadece bir öneri;)


Enerji içeriği hakkında açıklama için teşekkürler. Özellikle hiçbir şey inşa etmiyorum, sadece yüksek hızlı dijital sinyal yönlendirme ve bununla başa çıkma yolları ile ilgili sorunları sarmaya çalışıyorum, zaten dalga boyu kuralının 1 / n'ini biliyorum.
miceuz

Ah tamam, bu durumda, sahip olmanız gereken iki iyi kitap, Eric Bogatin tarafından basitleştirilen Sinyal ve Güç Bütünlüğü veya Howard Johnson tarafından Yüksek Hızlı Dijital Tasarım olacaktır. Web siteleri bethesignal.com/bogatin/index.php ve sigcon.com/Pubs/pubsKeyword.htm için oldukça iyi . Sigcon'daki yayınları ilk kez okuduğumda çok şey öğrendim. Ayrıca, freelists.org/archive/si-list'e katılmak isteyebilirsiniz. Bu, soruları veya sadece öğrenilecek bir yeri cevaplayacak birçok SI erkeğinin e-posta listesidir.
Bazı Donanım Adamı

1

Alıntı yaptığınız formüller, kenarlardan emisyona karışacak sinyallerin BW'si için kullanılır. Ve içinde bazı varsayımlar var, örneğin, orta salınımdaki çoğu dijital sinyal, üst ve altta konik bir kondansatöre (yani doğrusal bir rampa) bir akım kaynağı gibi görünüyor. İletim hattı için yansıma vb. Endişelerinizi kullanmak ve yuvarlanmak için de geçerlidir.

Ama ~ 1 / t (yükselecek) harmoniklerle konuşmuyor. yani bu 200 MHz spektrumunda mahmuzlar göreceksiniz.

Alıcı için, bekleme sürelerinizin karşılandığından emin olmak için göz diyagramına bakmanız gerekir. Ve bu bir zaman alanı senaryosudur. Böylece, zamanlamanızı karşılamaya yardımcı olan ve şeylerin frekans tarafında görünmeyen devre elemanlarına sahip olabilirsiniz. Bu nedenle BW'niz, tutma süresi ile etkileşimi içindeki şeyleri tanımlamak için kullanılabilir, ancak tutma süresini doğrudan BW'den türeyemezsiniz. Modelleme veya test tezgahları buraya gitmenin yoludur.


-1

Eminim tüm mesajları bütünüyle okudum, ama orijinal yazı ile ilgili olarak (5ns yükselme süresi olan adamdan). Howard Johnson veya Lee Ritchey tarafından kitap okumalısınız. Bunu ayrıntılı olarak açıklıyorlar.

Sinyali yavaşlatmaya çalışmayın, özel durumlar dışında buna gerek yoktur.

Teorik muck'ten çıkmak ve pratik bir çözüm bulmak istiyorsanız bunu kullanabilirsiniz: İzin uzunluğu kenarın yükselişi ile temsil edilen uçuş süresinin 1 / 5'inden uzunsa, bir iletim hattınız ve fesih lazım. Pratik bir durumda, FR4 veya eşdeğer bir malzeme kullanılarak, yaklaşık 4 ila 4.6'lık bir dielektrik sabiti ile, seyahat süresi nanosaniye başına yaklaşık 5.5 inçtir. 5ns yükselme süresi için, yaklaşık 27.5 inç uzunluğunda bir kenar geçişiniz var. Eğer 1 / 5'ini alırsanız 5.5 inç alırsınız. Dolayısıyla, PWB iziniz 5.5 inçten daha uzunsa, empedansı (noktadan noktaya bağlantı için) eşleştirmek için bir seri sonlandırma direnci kullanmalısınız.

50 ohm iziniz varsa, direnç sürücünün kaynak empedansından eksi 50 ohm olmalıdır (yansıyan dalga serisi sonlandırması için). 20 ohm'luk bir dirençle başlayın. Aşırı aşma (% 5'ten fazla) alırsanız, daha büyük yapın, yuvarlatılmış bir kenar alırsanız, daha küçük yapın. İyi sonuçlar elde etmek için mükemmel olması gerekmez. İdeal olarak, simüle etmek ve her seferinde mükemmel sonuçlara yaklaşmak için Hyperlynx yazılımını kullanın.

BTW, bu .34 / Trise denklemi, pratik uygulamalar için geçerli bir denklemdir. Ve yükselme süresi genellikle sinyal voltajının% 10 ila% 90'ı arasında kabul edilir (herhangi bir istisna yaptığınız şey için geçerli değildir). Tasarımlarınızda daha muhafazakar olmak için .5 / Trise kullanın.


BTW - bu tartışmanın sinyallerdeki enerjinin dalga boyu ile ilgisi yoktur, her şey PWB'deki yayılma gecikmesi ile ilgilidir.
Charles F

1
EE.SE'ye hoş geldiniz, Charles. Kendi yayınınıza yorum yapmaya gerek yok. Düzenleyebilirsiniz.
Transistör
Sitemizi kullandığınızda şunları okuyup anladığınızı kabul etmiş olursunuz: Çerez Politikası ve Gizlilik Politikası.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.