Post on 13-Jan-2016
description
TME – Curs11
Proiectare pentru integritatea semnalelor
2
Conţinutul cursului
Proceduri pentru atenuarea reflexiilorProceduri pentru atenuarea diafoniilor
3
PAAR 1, PAAR 2
PAAR 1. Circuite cu timpi de propagare mari şi durată mare a fronturilor.
PAAR 2. Conexiuni cu lungimi sub valoarea "lungimii critice”.
r
ccr
cp
nstcmll
tT
][6
][
5
TTL LTTL HTTL LSTTL STTL CMOS CMOS HCMOS ECL ECL(5V) (15V) 10K 100K
tc(ns) 10 20 6 8 3 25 12 10 2 1lcr(cm) 28 56 16,8 22,4 8,4 69,9 33,6 28 5,6 2,8
(11-1)
4
Exemplu la PAAR 2 - utilizarea funcţiilor logice distribuite
5
ous ZZR Z uZ o
R s
PAAR 3 – Adaptarea liniilor
Adaptarea serială
Avantaje
Dezavantaje
(11-2)
6
Adaptarea serială - exemplu
7
Adaptarea serială - exemplu de implementare
8
PAAR 3 – Adaptarea liniilor
up ZR Z u R p
Zin >> Rp
Z u
Rp
Zin >> Rp
+2,4V
a)
b)
Adaptarea paralelă
Avantaje
Dezavantaje
(11-3)
9
Adaptarea paralelă - exemplu
10
PAAR 3 – Adaptarea liniilor
R 1
Vcc
R 2
b)
Z u
C
Z u
R 1
Vcc
R2
Vcc
R 1
R 2
C
a)
uZRR
RR
21
21
Z u
R 1
Zin >> R 1
Vcc
R 2
|| R2
R
RuZRR
RR
1
1
21
21
Adaptarea Thevenin
Avantaje
Dezavantaje(11-4)
(11-5)
11
Adaptarea Thevenin - exemplu
12
PAAR 3 – Adaptarea liniilor
ppp
up
t2CR
ZR
Z uRp
Zin >> Rp
Cp
Adaptarea RC
Avantaje
Dezavantaje (11-6)
13
Adaptarea cu reţea RC - exemplu
14
PARR 4, PAAR 5
Z u
Q
QS E T
C L R
S
R
Q
QS E T
C L R
S
R
Q
QS E T
C L R
S
R
m odu l 1(p lacă 1 )
m odu l 2(p lacă 2 )
PAAR 4. Circuite combinaţionale la extremităţile liniilor lungi
PAAR 5. Se evită cuplara capacităţilor pe liniile lungi
15
PARR 6 - Trasee cu impedanţe controlate
[nF/m][nH/m]
[ns/m][nF/m]
0200
00
CZL
Z
tC p
Parametrii acestor structuri sunt predictibili:
Impedanţa de undă, Z0;
Timpul de propagare pe unitatea de lungime, tp;
Capcitatea specifică pe unitatea de lungime, C0;
Inductanţa specifică pe unitatea de lungime, L0;
(11-7)
16
PARR 6 - Trasee cu impedanţe controlate
TW
HZ
r 8,0
98,5ln
414,1
870
ns/in][67,0475,008468,0
]ns/m[67,0475,0334,3
r
rpt
W
H
Ttra seu
su bstra t
iz ola torplan
con du ctor
Linie microstrip la suprafaţa plachetei
(11-8)
(11-9)
17
PARR 6 - Trasee cu impedanţe controlate
[ns/in]67,0475,008468,0
ns/m][67,0475,0334,3
r
rpt
TW
HKZ
K
TW
H
e
Z
r
H
B
r
8,0
98,5ln
2805,0
6560dconsiderânSau
8,0
98,5ln
414,11
87
0
55,10
W
H
T
tra seu
su bstra t
iz ola tor
plan
con du ctor
B
Linie microstrip realizată în straturi interioare
(11-10)
(11-11)
18
PARR 6 - Trasee cu impedanţe controlate
TW
HTWHZ
r
rsim 8,067,0
4ln
60),,,(0
[ns/in]08468,0
[ns/m]334,3
r
rpt
W
H
T
su bstra t
iz ola tor
plan
con du ctor
plan
con du ctor traseu
Linie stripline simplă simetrică
(11-12)
(11-13)
19
PARR 6 - Trasee cu impedanţe controlate
[ns/in]08468,0
[ns/m]334,3
r
rpt
W
BT
su bstra t
iz ola tor
plan
con du ctor
plan
con du ctor tra seu
A
),,,2(||),,,2(2 000 rsimrsimasim TWBZTWAZZ
Linie stripline simplă asimetrică
(11-14)
(11-15)
20
Linie stripline duală simetrică
[ns/in]08468,0
[ns/m]334,3
r
rpt
TW
TA
TDA
AZ
r 8,0
29,1ln
25,01
800
W
AT
su bstra t
iz ola tor
pla n
con du ctor
pla n
con du ctor tra seu 1
A
D
tra seu 2
Linie stripline duală simetrică
(11-16)
(11-17)
21
Încărcarea capacitivă şi inductivă a traseelor
d
h
D2
D1
traseu p e fa ţa 1
traseu p e fa ţa 2
p lan d e m asă
traseu p e fa ţa 1 traseu p e fa ţa 2
L
C pad1 C pad2
12
141,1[pF]
DD
TDC rpad
14
ln08,5[nH]d
hhL
(11-18)
(11-19)
22
Încărcarea capacitivă şi inductivă a traseelor - exemple
Tip capsula Inductivitatea pinilor [nH] Element Capacitate parazitamin max [pF]
14 pin DIP 2 10,2 Intrare TTL 10 - 1520 pin DIP 3,4 13,7 Intrare CMOS 1040 pin DIP 4,4 21,7 Intrare ECL 520 pin PLCC 3,5 6,3 Gaura de trecere 0,3 - 0,828 pin PLCC 3,7 7,8 Pin de conector 244 pin PLCC 4,3 6,1 Pin capsula 0,2 - 168 pin PLCC 5,3 8,914 pin SOIC 2,6 3,620 pin SOIC 4,9 8,540 pin TAB 1,2 2,5624 pin CBGA 0,5 4,7
23
Efectul încărcărcării capacitive şi inductive a traseelor
l
LL
l
CC
ii
d
ii
d
[nH/m]
[pF/m]
0
000
00
1
1
11
CC
LL
ZZ
L
L
C
Ctt
d
d
ech
ddppech
(11-20)
(11-21)
24
Exemplul 1
Considerăm o linie de tip microstrip la suprafaţa unui cablaj imprimat. Lungimea liniei este 5 in şi pe ea sunt interconectate şase intrări de circuite, fiecare având o capacitate de intrare Cin=6 pF. Timpul de comutare al circuitelor este 5 ns. Parametrii geometrici ai liniei sunt: lăţimea traseului W=10 mil, grosimea lui T=2 mil şi distanţa faţă de planul de masă este H=12 mil. Materialul substratului are permitivitatea electrică relativă r=4,7.
Să analizăm dacă această linie necesită aplicarea unor proceduri de adaptare.
25
Exemplul 1
Determinăm parametrii liniei, Z0 şi tp:
ns/in144,067,0475,008468,0[ns/in]
4,692108,0
1298,5ln
414,17,4
87
8,0
98,5ln
414,1
870
rp
r
t
TW
HZ
Determinăm parametrii C0 şi L0:
nH/in1008,24,69pF/in08,24,69
144,0 20
200
00 CZLZ
tC p
26
Exemplul 1
Determinăm capacitatea distribuită echivalentă:
pF/in2,75
666
l
CC ind
Parametrii liniei se modifică în felul următor:
86,32
1
ns/in3,008,2
2,71144,01
08,2
2,71
4,69
0
00
0
C
C
ZZ
C
Ctt
d
ech
dppech
27
Exemplul 1
Determinăm lungimea critică pentru linie:
in5in33,33,05
5
5
linie
pech
ccr l
t
tl
in5in33,83,02
5
2
linie
pech
ccr l
t
tl
Se impune adaptarea liniei luând în considerare la adaptare Z0ech33
Dacă impunem un criteriu mai puţin restrictiv (tc>2Tp):
28
Exemplul 2
Considerăm o linie stripline simplă simetrică cu lungimea de 10 in. Pe ea sunt interconectate şase intrări de circuite, fiecare având capacitatea de intrare Cin=12 pF. Timpul de comutare al circuitelor este 3 ns. Parametrii geometrici ai liniei sunt: lăţimea traseului W=10 mil, grosimea lui T=1,4 mil şi distanţa faţă de planele metalizate este H=20 mil. Materialul substratului are permitivitatea electrică relativă r=4,6.
Analizăm dacă această linie necesită aplicarea unor proceduri de adaptare.
29
Exemplul 2
Determinăm parametrii specifici liniei Z0 şi tp:
ns/in182,008468,0[ns/in]
7,504,168,067,0
204ln
6,4
60
8,067,0
4ln
600
rp
r
t
TW
HZ
Determinăm parametrii C0 şi L0:
nH/in2,9;pF/in58,34,69
144,00
200
00 CZLZ
tC p
30
Exemplul 2
Determinăm capacitatea distribuită echivalentă:
pF/in2,710
1266
l
CC ind
Parametrii liniei se modifică în felul următor:
22,29
58,32,7
1
7,50
1
ns/in32,058,3
2,71182,01
0
00
0
CC
ZZ
C
Ctt
d
ech
dppech
31
Exemplul 2
Determinăm lungimea critică pentru linie:
in10in88,132,05
3
5
linie
pech
ccr l
t
tl
in10in69,432,02
3
2
linie
pech
ccr l
t
tl
Impunând criteriul anterior mai puţin restrictiv (tc>2Tp):
În ambele situaţii se impune aplicarea unor soluţii de adaptare faţă de Z0ech29
32
PAAD 1, PAAD 2
PAAD 1. Minimizării parametrilor de cuplaj, M şi C12.
PADD 2. Gardarea traseelor agresive
33
Analiza diafoniei pentru plachetele cu cu circuite digitale
h)
g)
f)
e)a)
b)
c)
d)
L L
L L
H
H H
H
34
Analiza diafoniei pentru plachetele cu cu circuite digitale
50 100 150 200 250 3000
50
100
150
200
250
300Z _
Z +
g
e
h
d
TTL
50 100 150 200 250 3000
50
100
150
200
250
300Z _
Z +
STTL
e
h
a
d
35
Sinteza analizelor
ZKZ
ZKZ
Z+ , Z- <200
TTL 0,3 0,5LTTL 0,3 0,4STTL 0,2 0,55LSTTL 0,2 0,5ALSTLL 0,2 0,6ECL 0,55 0,75CMOS(5V-15V) 0 0
36
PAAD 2 – PAAD 5
PAAD 2. Circuitele cele mai imune la perturbaţiile prin diafonie sunt circuitele cu viteză mică de răspuns
PAAD 3. Traseele vecine trebuie să proceseze semnale în acelaşi sens.
PAAD 4. Trasee de masă între legăturile lungi de semnal pe care se transmit semnale logice în sensuri diferite
PAAD 5. Scurtarea lungimii liniilor
37
PAAD 6. Dimensionarea acoperitore a geometriei
0,1
0,10,01
1
1
10
10
s/h
w /hK=0,3 K=0,4 K=0,5
K=0,6
K=0,7
K=0,8
K=0,9
s
h
ww
r
K= Z+/Z-
38
Exemplu la PAAD6
Se consideră cunoscute grosimea substratului izolator pe care se realizează cablajul şi lăţimea aleasă pentru realizarea traseelor. Deci este cunoscut raportul w/h (îl presupunem în continuare 0,7).
Presupunem că pe cablaj sunt interconectate circuite din familia ALSTTL. Din tabel considerăm raportul corespunzător situaţiei cele mai defavorabile K=0.6.
Din diagramă rezultă raportul s/h= 0,5. Cunoscând valoarea h, grosimea stratului izolator, rezultă distanţa minimă care trebuie asigurată între traseele cablajului imprimat.
0,1
0,10,01
1
1
10
10
s/h
w /hK=0,3 K=0,4 K=0,5
K=0,6
K=0,7
K=0,8
K=0,9
39
PADD 7 - Adaptare
R 1
R 2
R 3
lin ia 1
lin ia 2
ZZ
ZZR
ZRR
23
21
ZZR
ZRR
2
13
21
R 1
R 2
R 3
lin ia 1
lin ia 2
Reţea
Reţea T
(11-22)
(11-23)