Почему хорошо замедлять цифровые линии с помощью резисторов?

Подумайте о соединении печатной платы (или проводе) между выходом и входом. Это в основном антенна или излучатель. Добавление последовательного резистора ограничит пиковый ток при изменении состояния выхода, что приведет к уменьшению генерируемого переходного магнитного поля и, следовательно, к уменьшению связи с другими частями схемы или внешним миром.

Нежелательная ЭДС индукции =$-N\dfrac{d\Phi}{dt}$

«N» — это единица (виток) в случае простой интерференции между (скажем) двумя дорожками печатной платы.

Поток ($\Phi$) прямо пропорциональна току, поэтому добавление резистора улучшает ситуацию в двух отношениях; во-первых, пиковый ток (и, следовательно, пиковый поток) уменьшается, а во-вторых, резистор замедляет скорость изменения тока (и, следовательно, скорость изменения потока), и, очевидно, это напрямую влияет на величину любого индуцированного ЭДС, потому что ЭДС пропорциональна скорости изменения потока.

Далее рассмотрим время нарастания напряжения в линии при увеличении сопротивления — время нарастания увеличится, а это означает, что связь электрического поля с другими цепями уменьшится. Это связано с межконтурной паразитной емкостью (вспомним, что Q = CV): -

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

Если скорость изменения напряжения уменьшается, то влияние тока, подаваемого в другие цепи (через паразитную емкость), также уменьшается.

Что касается аргумента энергии в вашем вопросе, учитывая, что выходная цепь неизбежно имеет некоторое выходное сопротивление, если вы сделали математику и рассчитали мощность, рассеиваемую в этом сопротивлении каждый раз, когда входная емкость заряжалась или разряжалась, вы обнаружите, что эта мощность не t измениться, даже если номинал резистора изменился. Я знаю, что это звучит не интуитивно, но мы обсуждали этот аргумент раньше, и я попытаюсь найти вопрос и связать его, потому что это интересно.

Попробуйте этот вопрос - это один из немногих, которые касаются вопроса о том, как теряется энергия при зарядке конденсаторов. Есть более свежая, попробую найти.

Вот оно.

Правильный термин для этой функции «замедления» — скорость нарастания . Добавление резистора снижает скорость нарастания за счет формирования RC-фильтра нижних частот с входной емкостью. Эффект от таких резисторов можно увидеть на следующей осциллограмме (зеленая кривая с более высокой скоростью нарастания дает гораздо больше шума):

Увеличение энергопотребления, о котором вы говорите, на самом деле не реально. Для зарядки конденсатора требуется одинаковое количество энергии, независимо от того, как быстро вы его заряжаете. Введение резистора только сделало эту потерю энергии видимой, тогда как без резистора та же самая энергия рассеивается выходными затворами КМОП.

Было бы чрезмерным упрощением думать о резисторе как о «замедлителе» линии, потому что на самом деле он там не для этого, по крайней мере, в высокоскоростной передаче сигналов, и, кажется, подразумевается, что вы должны уменьшить или удалить резистор, если хотите. идти быстрее.

По сути, это последовательное окончание линии передачи, которую представляет дорожка. Таким образом, его значение плюс выходное сопротивление драйвера должно равняться характеристическому сопротивлению дорожки.

Когда ваш драйвер запускает фронт вниз по линии через резистор, он перемещается вниз к дальнему концу с половиной конечного напряжения (потому что есть делитель потенциала, образованный импедансом источника и импедансом дорожки), а затем отражается на разомкнутом конце. схема представлена ​​на дальнем конце, что удваивает его напряжение до полного уровня. Отражение возвращается к источнику, где оно прерывается резистором источника (благодаря низкому импедансу выходных драйверов).

Таким образом, дальний конец получает хороший чистый фронт, который он может безопасно использовать с одной задержкой распространения после того, как он был отправлен (т. е. как можно скорее), и нет набора отражений, плещущихся назад и вперед в течение нескольких циклов прохождения, что вызывает электромагнитные помехи/перекрестные помехи и задержки.

Недостатком является то, что если вы посмотрите на середину линии, вы увидите забавную ступенчатую форму сигнала, что означает, что этот метод не всегда подходит для многоточечных соединений. (Конечно, не многоточечные часы)

Обновлять:

Просто чтобы уточнить, в этих ситуациях важнее всего время нарастания вашего сигнала, а не частота, с которой вы генерируете фронты. В идеальном мире у вас всегда были бы драйверы, у которых были бы скорости фронта, разумные для частоты, которую вы пытаетесь передать, но в наши дни это часто не так, и если время нарастания вашего драйвера короткое, то вам нужно подумать о звон. На линии данных это может не иметь значения (кроме EMI), потому что все они остановятся до следующего фронта тактового сигнала, но на тактовом сигнале это может быть катастрофа с двойным тактированием, даже если это катастрофа, которая происходит только один миллион раз в секунду.

Говард Джонсон считает, что вам следует моделировать что-то большее, чем 1/6 времени нарастания, чтобы увидеть, нужна ли вам терминация. При времени нарастания 1 нс это 150 пс, что составляет около дюйма. Другие люди говорят, что такие вещи, как 2 дюйма на наносекунду времени нарастания, являются критической длиной для необходимости прерывания.

приходится управлять сигналом намного сложнее

Наоборот: мощность привода цифрового выхода является фиксированной величиной (*) в зависимости от размера его выходных транзисторов. Если у вас слишком большая сила возбуждения, вы получите большой короткий импульс тока. Резистор превращает это в более длинный и плоский импульс. (Я думаю, что площадь под импульсом на графике текущего времени постоянна, но я не занимался математикой).

Чем острее ваш текущий импульс, тем больше вы должны рассматривать систему как линию передачи. Тогда резистор появляется как согласующий резистор источника.

(*) Вы можете получить некоторые устройства с переключаемой силой возбуждения, но это просто означает, что они имеют несколько выходных транзисторов на контакт.