¿Por qué es bueno para frenar líneas digitales con las resistencias?

Question

He escuchado que a veces se recomienda para "frenar" una línea digital poniendo una resistencia en ella, digamos que un resistor de 100 ohmios entre la salida de un chip y la entrada de otro chip (asumir CMOS estándar de la lógica; asumir la señalización ritmo es bastante lento, digamos de 1 a 10 MHz). El describieron los beneficios incluyen la reducción de EMI, la reducción de la interferencia entre líneas, y la reducción de rebote del suelo o de suministro de huecos de tensión.

Lo que es incomprensible es que la cantidad total de energía que se utiliza para cambiar la entrada parecería ser un poco más alto si hay una resistencia. La entrada de la ficha que es impulsado es equivalente a algo así como un 3-5 pF (más o menos), y la carga que a través de un resistor toma la energía almacenada en la entrada de la capacitancia (5 pF * (3 V)²) y la energía disipada en la resistencia durante la conmutación (digamos 10 ns * (3 V)² / 100 ohm). Una vuelta-de-la-envoltura de cálculo muestra que la energía disipada en el resistor es un orden de magnitud mayor que la energía almacenada en la entrada de la capacitancia. ¿Cómo tener que manejar una señal mucho más difícil reducir el ruido?

Answer 1

Pensar en una conexión de PCB (o alambre) entre una salida y una entrada. Se trata básicamente de una antena o un radiador. La adición de una resistencia en serie va a limitar el pico de corriente cuando la salida cambia de estado - que provoca una reducción en el transitorio campo magnético generado y por lo tanto tienden a reducir el acoplamiento a otras partes del circuito o el mundo exterior.

No deseados inducida por la emf = \$-N\dfrac{d\Phi}{dt}\$

"N" es un (a su vez) en el caso de simple interferencia entre (por ejemplo) dos pistas de la PCB.

Flujo (\$\Phi\$) es directamente proporcional a la corriente y por lo que la adición de una resistencia mejora las cosas por dos razones; en primer lugar, la corriente de pico (y, por tanto, el pico de flujo) es reducido y, en segundo lugar, la resistencia se reduce la tasa de cambio de la corriente (y por lo tanto la tasa de cambio del flujo) y claramente esto tiene una consecuencia directa en la magnitud de la fem inducida debido a la fem es proporcional a la tasa de cambio del flujo.

A continuación, considere el tiempo de subida de la tensión en la línea cuando la resistencia es mayor aumento de tiempo más largos, y esto significa que el campo eléctrico de acoplamiento a otros circuitos serán reducidos. Esto es debido a la inter-circuito callejero de la capacitancia (recordar que Q = CV): -

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

Si la tasa de cambio de voltaje disminuye, entonces el efecto de la corriente inyectada en otros circuitos (a través de la capacidad parásita) también disminuye.

Como para la energía argumento en su pregunta, dado que el circuito de salida, inevitablemente, tiene algunos resistencia de salida, si usted hizo los cálculos y calcula la potencia disipada en la resistencia cada vez que la entrada de la capacitancia se cargan o descargan usted encontrará que este poder no cambia incluso si el valor de la resistencia cambiado. Sé que no suena intuitiva pero hemos estado abajo de este argumento antes y voy a tratar de encontrar la pregunta y el enlace porque es muy interesante.

Tratar esta cuestión - es uno de los pocos que cubre el tema de cómo la energía se pierde cuando la carga de los condensadores. Hay una más reciente que voy a tratar de encontrar.

Aquí es.

Answer 2

El término correcto para este "slow down" es slew rate. La adición de una resistencia reduce la velocidad de respuesta mediante la formación de un paso bajo filtro RC con la entrada de la capacitancia. Usted puede ver el efecto de tales resistencias en el siguiente oscilograma (curva de color verde con una mayor velocidad de respuesta produce mucho más ruido):

El consumo de energía aumento de mencionar que es, de hecho, no es real. Se requiere la misma cantidad de energía para cargar un condensador, independientemente de qué tan rápido se están cargando la batería. La introducción de la resistencia sólo hecho de esta pérdida de energía visible, mientras que sin la resistencia de la misma energía es disipada por el CMOS de la salida de las compuertas.

Answer 3

Es una simplificación pensar en el resistor como 'desaceleración' de la línea, debido a que no es realmente lo que está ahí para que, al menos en la alta velocidad de señalización, y que parece dar a entender que se podría reducir o eliminar la resistencia que si querían ir más rápido.

De hecho, es la serie de la terminación de la línea de transmisión que la pista representa. Como tal, su valor, además de la impedancia de salida del controlador, debe ser igual a la impedancia característica de la pista.

Cuando el conductor lanza un borde hacia abajo de la línea a través de la resistencia, que se desplaza hacia abajo hasta el final en la mitad de la tensión final (porque hay un divisor de potencial, formado por la impedancia de la fuente y la pista de impedancia), y se refleja en el circuito abierto representados en el extremo, lo que duplica su voltaje para el nivel completo. La reflexión viaja de regreso a la fuente, momento en el cual es cancelado por la fuente de resistencia (a través de la baja impedancia de la salida de los controladores).

Así que al final recibe una buena borde limpio, que se puede utilizar de forma segura un retardo de propagación después de que fue enviado (es decir, tan pronto como sea posible), y no hay un conjunto de reflexiones derramándose hacia atrás y hacia adelante para varios tiempos de ida y vuelta, que hace que EMI/interferencias y demoras.

La desventaja es que si usted mira el centro de la línea, podrás ver un divertido onda de paso, lo que significa que esta no es siempre una técnica adecuada para vínculos multipunto. (Ciertamente no multipunto de relojes)

Actualización:

Solo para aclarar, es el aumento de tiempo de la señal que más importa en estas situaciones, y no la frecuencia con la que se generan los bordes. En un mundo ideal, que siempre tienen controladores que había borde de las tasas que eran sensibles para la frecuencia que estaban tratando de transmitir, pero que a menudo no es el caso hoy en día, y si su controlador de tiempo de subida es corta, entonces usted necesita para pensar acerca de zumbido. En una línea de datos, puede que esto no importe (aparte de EMI), porque todo se ha detenido antes de que el siguiente flanco de reloj, pero en un reloj puede ser un doble-reloj de desastres, incluso si es un desastre que sucede sólo un millón de veces por segundo.

Howard Johnson considera que debe ser la simulación de algo más de 1/6 de la subida a tiempo para ver si necesita terminación. En 1 ns tiempo de subida que 150ps, que es alrededor de una pulgada. Otras personas decir cosas como de 2 pulgadas por nanosegundos de tiempo de subida es la longitud crítica de la necesidad de la terminación.

Answer 4

tener que manejar una señal mucho más difícil

De otra manera: la unidad de fuerza de una salida digital es una cantidad fija(*) basado en el tamaño de sus transistores de salida. Si usted tiene demasiado de la unidad de fuerza, se obtiene un gran corto pulso de corriente. Una resistencia se convierte en una más largos y anchos de pulso. (Creo que el área bajo el pulso en el tiempo actual gráfico es constante, pero no he hecho el de las matemáticas).

La más nítida de su pulso de corriente, más se tiene que considerar el sistema como una línea de transmisión. A continuación, la resistencia aparece como una fuente de resistencia de terminación.

(*) Usted puede obtener algunos de los dispositivos con conmutable de la unidad de fuerza, pero eso solo significa que tienen varios transistores de salida por el pin.