¿Qué y por qué del cese?

Question

Soy nuevo en la electrónica y no entiendo qué es la terminación y por qué es necesaria, especialmente en las comunicaciones digitales.

Gracias

Answer 1

Puede ser, más mecánico explicación ayuda a entender:

Imagine que usted tiene una larga cuerda, un extremo fijo en la pared, en el otro extremo llevada a cabo por usted. Por un corto trazo hacia arriba, puede crear una onda que viaja a lo largo de la cuerda:

(a partir de http://wwwex.physik.uni-ulm.de/lehre/physing1/node52.html)

Ahora, ¿por qué es así? Imaginar la cuerda se compone de muchas pequeñas piezas, cada una se aplica una fuerza para la siguiente y así se encuentra con una fuerza en sí mismo a partir de sus vecinos. Vamos a concentrarnos en las fuerzas verticales y decir la fuerza depende linealmente de la distancia vertical entre las piezas. Aquí es un gráfico que muestra las fuerzas de los vecinos y la suma de los foreces (es decir, la dirección y la fuerza de aceleración). La ola debe moverse de izquierda a derecha:

Como se puede ver, la pieza no 15 encuentros una fuerza hacia arriba, y así se acelera hacia arriba. Pieza no. 14 encuentros con la misma fuerza hacia abajo, además de una mayor fuerza hacia arriba de la pieza nº 13, y así sucesivamente.

Finalmente, las piezas en el borde de salida (5, 6, 7) se están moviendo hacia abajo, pero acelerado hacia arriba, hasta que vienen a descansar.

Lo que sucede en la pared?

Pieza 13 no se puede mover, y debido a la gran distancia vertical de las partículas nº 12, nº 12 se encuentra con una muy fuerte a la baja de la fuerza. Es un puñetazo hacia abajo, y finalmente, se obtiene un volteado horizontalmente onda viaja hacia atrás.

Lo que si la cuerda no es fijo?

La imagen de la cuerda se corta entre la pieza 12 y 13. Para la última figura, esto significa que no se 12 encuentra hacia arriba-la fuerza solamente. Finalmente, se elevará más alto que el máximo de la onda, como la punta de un látigo, y generar una nueva, no voltea la onda viaja hacia atrás la cuerda.

¿Qué pasa si tu amigo tiene el segundo extremo?

Bien, por lo general, la onda es simplemente absorbida por su amigo, como si la cuerda sigue detrás de él. Esto es porque él no sostenga el extremo fijo de la pared, pero también no es tan flojo como si no fuera nada.

Tenga en cuenta que la velocidad de la onda depende de su peso, así como de la tensión. Esto es debido a que la tensión es el origen de las fuerzas que se describe aquí.

Qué es lo que tiene que ver con la electrónica?

Finalmente, la propagación de la señal es similar a la de propagación de la onda en la cuerda. Si usted corta el extremo de la línea de señal a TIERRA, y lo mantienen en un potencial fijo, como la pared, y el borde de una señal se refleja con diferentes señal de amplitud. Si el final no está conectado a nada, la señal de los bordes se refleja con el mismo signo de la amplitud. Usted puede evitar la reflexión mediante la conexión de la señal a TIERRA a través de una resistencia, como su compañero. Está claro que una muy alta resistencia es como una línea de señal, y una muy baja resistencia es como un cortocircuito a TIERRA, por lo que usted necesita para que coincida con la resistencia con el valor exacto donde sólo absorbe la señal.

Finalmente, salir y tratar esta materia con la cuerda. Puede ser, usted puede pedir a su compañero que sostenga la cuerda más apretado o suelto como de costumbre, pero, naturalmente, la gente tiende a coincidir con el ... de la impedancia de la cuerda bastante bien.

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EDITAR:

Buscó ayer, pero no lo encontramos. Aquí están alcance de imágenes desde un ámbito directamente conectado a un generador de pulso, además de un cable largo, robado de https://hohlerde.org/rauch/elektronik/kleines/kabelradar/index.de.html :

Corto-circuito en el extremo del cable, se obtiene un volteado de reflexión:

Para una composición abierta, de cable, se obtiene una recta de reflexión:

Con la terminación correcta, no hay reflexión. Sin embargo, la terminación es un poco demasiado fuerte, como aún se puede ver un poco de inmersión hacia abajo.

Por cierto, la reflexión llega después de unos 20ns, así 10ns por la dirección. En el 75% de la velocidad de la luz, esto se traduce en una longitud de cable de alrededor de 2.2 m.

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EDIT2:

Yo tenía un poco de diversión de la escritura de una simulación. Como en el anterior, la cuerda se divide en varias piezas, y la fuerza vertical sobre cada pieza se determina en función de su distancia vertical a sus vecinos directos. Aquí está:

Answer 2

Esto es lo que finalmente me ayudó a entender la terminación y las reflexiones: Supón que tienes un cable coaxial muy, muy largo, con el extremo lejano cortocircuitado. Si se hace pasar corriente por él, ¿cuál será el voltaje?

Como el cable está en cortocircuito en el extremo más alejado, es de esperar que el voltaje se mantenga cerca de 0. Pero el extremo más alejado está muy lejos: si el voltaje fuera inmediatamente de 0 voltios, nos comunicaríamos más rápido que la luz. En cambio, la señal tiene que propagarse por el cable hasta el cortocircuito, y luego volver al extremo cercano de nuevo, antes de que veamos el cortocircuito en nuestro extremo. Esto es lo que es una reflexión.

¿Qué aspecto tiene la señal en el tiempo anterior a la llegada del reflejo? Bueno, el cable tiene una resistencia no nula y una capacitancia no nula - eléctricamente es como una larga secuencia de inductores en serie y condensadores en derivación - y eso hará que se cargue de nuestra fuente de corriente a medida que la señal se propaga. Eléctricamente, esto se parece a una resistencia - esto se llama impedancia característica. Un trozo infinitamente largo de cable coaxial de 50 ohmios se vería exactamente como una resistencia de 50 ohmios, eléctricamente. Uno más corto se parece a una resistencia de 50 ohmios durante el periodo en que la señal se propaga por el cable.

En nuestro escenario imaginario, entonces, aplicando corriente a un cable largo con un cortocircuito en el extremo, la forma de onda de la tensión se verá como un pico corto (con una tensión igual a la corriente * impedancia_característica) seguido de un retorno a (casi) 0 voltios. Si el otro extremo del cable fuera un circuito abierto, se vería como un pico corto seguido de una tensión más alta (determinada por la tensión máxima de nuestra fuente de corriente).

Supongamos que no queremos ningún reflejo. Si terminamos el coaxial con una resistencia que tenga el mismo valor que la impedancia característica del cable, ¡estamos solucionados! El coaxial parece una resistencia de 50 ohmios mientras la señal se propaga, y sigue pareciendo una resistencia de 50 ohmios una vez que la propagación ha terminado, porque hemos conectado una a través de él en el extremo más alejado. Esto es la terminación.

Answer 3

La terminación es necesaria cuando se trabaja con líneas de transmisión y señales de frecuencia (relativamente) alta. Las señales que viajan por las líneas de transmisión lo hacen en forma de onda electromagnética, y esta onda puede reflejarse en cualquier discontinuidad de la línea debido a los cambios de impedancia. Este mismo efecto es el que hace que la luz se refleje en un charco de agua o en un trozo de vidrio. La terminación se refiere a la adición de una resistencia al final de una línea de transmisión para absorber la señal que viaja por la línea y evitar las reflexiones. La resistencia de terminación debe ajustarse a la impedancia de la línea para no crear una discontinuidad y las consiguientes reflexiones.

Esto es muy importante en los sistemas digitales de alta velocidad, ya que estas reflexiones pueden causar interferencias entre símbolos que provocan errores de bits. Por cierto, Intel se encontró con este problema cuando aumentó la velocidad de sus CPU. Se vieron obligados a contratar a un gran número de ingenieros de RF para rediseñar sus placas base para que funcionaran correctamente a altas velocidades.

En la mayoría de las aplicaciones de RF, las líneas de transmisión suelen terminarse con una resistencia a tierra. Sin embargo, en las aplicaciones digitales, a veces es beneficioso terminar la línea de un par de maneras diferentes. En algunos buses, se utiliza una tensión de terminación de 1/2 Vcc para que las fuerzas de accionamiento requeridas para el pull-up y el pull-down sean simétricas, lo que resulta en un mejor rendimiento. Esto es común para los buses de memoria de alta velocidad, incluyendo DDR2 y DDR3. En el caso de las líneas diferenciales, un estilo de terminación común es una resistencia que conecta directamente los dos conductores en lugar de resistencias individuales a tierra.

Answer 4

Las señales de corriente alterna que viajan por un cable se reflejan en sus extremos. Esta señal reflejada se mezcla con la señal "real" y provoca interferencias. La terminación suele consistir en poner una resistencia en el extremo; esto hace que el extremo de la línea se comporte como una longitud infinita de cable (sin extremo, por lo que no hay reflexión).

El valor de la resistencia depende del impedancia de la línea . Por eso hay un valor específico de resistencia de terminación que debe utilizarse para un tipo específico de línea o bus.