¿Impedancia de salida de la MCU STM32H743?

Question

¿Cómo puedo encontrar la impedancia de salida del STM32H743 (y potencialmente de otros dispositivos similares)? He mirado la hoja de datos (DS12110 Rev 5) y el manual de referencia (RM0433 Rev 5) pero no he encontrado mucha información.

Me interesan sobre todo las líneas SPI, y quiero igualar la impedancia de la pista con la impedancia de salida usando una resistencia en serie. Por ahora he puesto marcadores de posición de 33R, pensando que la traza de la PCB podría ser de unos 50R y la impedancia de salida de unos 20R.

Answer 1

La impedancia de salida del driver de salida (típicamente CMOS) para cualquier MCU puede ser calculada/estimada a partir de las características eléctricas de VOH y VOL de las hojas de datos .

El significado de esta tabla es que si una carga de 8 mA está conectada a tierra y GPIO es conducido en ALTO, la caída entre Vcc y la salida es de 0,4 V. Significa que la impedancia equivalente interna del puerto GPIO, según la Ley de Ohm, 400mV/8mA = 50 Ohms.

Los mismos cálculos son válidos si la carga está conectada a Vcc, y el pin es conducido a LOW. La tabla dice que la tensión residual no es superior a 400 mV. Una vez más, equivale a 400/8=50 Ohms o menos.

Sin embargo, hay una advertencia.

La mayoría de los MCU tienen GPIOs simplificados, donde la impedancia depende de la carga. En este caso particular las especificaciones (misma Tabla 60) dice que la caída de tensión es de 1300 mV si la carga toma 20 mA, lo que hace que la salida tenga aproximadamente 1300/20 = 65 Ohms.

En resumen, los datos de VOH y VOL con una carga específica te dan una estimación de la impedancia de salida del controlador GPIO CMOS por debajo de los 65 Ohms en el peor de los casos (para el STM32H743), y probablemente cerca de los 40-50 Ohms típicos.

Si la impedancia de tu pista es de 70-100 Ohmios, tendrás que añadir una resistencia en serie de 22-33-47 Ohmios en el lado de conducción si quieres una forma de onda limpia.

Answer 2

No es habitual especificar la impedancia de salida de la lógica digital, porque el comportamiento de la tensión/corriente no es lineal. Lo mejor que puedes hacer es buscar gráficos de la corriente de salida típica frente a la tensión de salida y estimar la pendiente de la línea para tu región de interés.

Answer 3

En el caso concreto de ST, suelen compartir sus modelos IBIS que se utilizan en la simulación de líneas de alta velocidad.

Answer 4

En la hoja de datos del STM32H743xI hay un párrafo "Output buffer timing characteristics". Tienen una tabla con t[rise] y t[fall] en cargas capacitivas dadas en cada uno de los cuatro posibles ajustes de velocidad del pin de salida, donde

Los tiempos de caída y subida se definen entre el 90% y el 10% y entre 10% y 90% de la forma de onda de salida, respectivamente

A partir de esos datos deberías poder calcular (estimar) la impedancia de salida.

Answer 5

La impedancia de salida variará a medida que los FET de salida se enciendan y se apaguen; la región de funcionamiento es el FET_IN_TRIODE, una vez que el FET está sólidamente encendido. En TRIODE, el FET parece una resistencia bastante lineal, siempre que las excursiones de tensión sean inferiores al 50% de la tensión de umbral del FET; con Vthreshold de 0,3 voltios (una estimación de numerosos procesos CMOS modernos), puede tener una reflexión de 0,15 voltios y seguir teniendo una acción de RESISTOR bastante fiable.

Sin embargo, la impedancia de salida VARY con la temperatura, y con VDD, en el PCB. Y el ruido del pozo o de la bañera o del bulto también afectará al comportamiento del FET, aunque es posible que no detecte este delta_Rout menor.

Y a medida que el fundidor de semiconductores implanta átomos para formar los dispositivos Nchannel y Pchannel, habrá variaciones en la conductividad (la resistencia de salida) porque el recocido térmico no será preciso.

Dependiendo de la implantación exacta utilizada, el dopaje del canal puede ser el DIFERENCIA de dos ciclos de implantación, y los ligeros errores de tiempo de implantación y las fluctuaciones espaciales de la implantación debido a las variaciones en la densidad de la nube de iones de plasma se verán magnificados por la diferenciación.

Resumen: tendrás que AFINAR esa resistencia para cada sistema que envíes. IMHO

Así que ..... mantener los bordes SLOW; establecer el slewrate SLOW.