MAGISTRALE-Consid-Electrice

8/2/2019 MAGISTRALE-Consid-Electrice

1/7


2/7

65

magistrale optimizate pentru un timp de transfer minim necesit nelegereaiminimizarea unor fenomene electrice a cror apariie determin scderea fiabi-litii sistemelor. Dintre acestea,reflexiile de semnal sunt cele mai importante.

Reflexiile n liniile de transmisie sunt determinate n principal de dis-continuitile impedanelor: ncrcri capacitive necorespunztoare, conectori,intr ri ale dispozitivelor i treceri ntre diferite straturi ale circuitelor imprimate.Impactul unei discontinuiti asupra unui semnal depinde de impedana surseisemnalului, de lungimeai tipul discontinuitii.

3.1.1. Linii de transmisie

O linie de transmisie clasic format din dou conductoare poate fireprezentat n modurile echivalente din Figura 3.1.

Figura 3.1. Dou moduri echivalente de reprezentare a unei linii de transmisie.

Linia de transmisie este reprezentat printr-o reea diferenial de tipTcuprinznd impedane n seriei admitane n paralel, care reprezint energiamemorat i pierdut pe unitatea de lungime de-a lungul liniei [4]. Energia me-morat n cmpurile magneticei electrice pe unitatea de lungime este repre-zentat prin l i c. Pierderile de energie pe unitatea de lungime sunt modelate prinr i g . La o anumit frecven unghiular , avem:

z = r + j l (3.1) y = g + j c (3.2)

Se definete constanta de propagare k , astfel nct:

k 2 = -z y (3.3)


3/7

66

i viteza de propagare v p:

v p = / k (3.4)

Aceast vitez depinde deci de frecven i de parametrii liniei, princonstantak . Se poate demonstra c relaia dintre tensiuneau i curentuli este:

0 Z

c j g l jr

y z

iu

=+

+==

(3.5)

Mrimea Z 0, care depinde numai de parametrii liniei, se numete impe-dan a caracteristic a liniei. n cazul particular n care pierderile n linie suntneglijabile (r = g = 0), rezult:

cl

Z =0 (3.6)

lck = (3.7)

Cele dou valori Z 0 i k depind numai de parametrii linieii de frec-ven. Pentru liniile de alimentare, Z 0 este n jur de 300 . n cazul cablurilor coaxiale, impedana caracteristic are valori tipice ntre 50i 75 .

3.1.2. Reflexii de semnal

n Figura 3.2 este reprezentat o linie de transmisie cu impedana Z 0 itimpul de propagare pe unitatea de lungimeT ip.

Figura 3.2. Linie de transmisie cu impedana Z 0 i timpul de propagare unitar T ip.

Se consider c linia are o surs de tensiune ideal U i, cu impedanasursei Z s n punctul A. Linia este terminat n punctul B, la o distan de L uni-ti de punctul A, printr-o impedan de ncrcare Z t . Iniial Z s este 0 (U s = U i),


4/7

67

iar Z t este o ncrcare rezistiv. La momentult = 0, liniei i se aplic o unitate detensiuneU i. Curentul I i determinat deU i i Z 0 se propag prin linie. La momen-tul t = T ip L = T prop , curentul ajunge n punctul B. Pentru a se satisface legea luiOhm pentru impedana linieii cea de ncrcare, trebuie s aib loc o corecieinstantanee a tensiuniii curentului. Aceast corecie va lua forma unei undeelectromagnetice reflectate, compus din U r i I r . Semnalulincident va fi decidivizat ntr-un semnaltransmis i un semnalreflectat .

Aplicnd legea lui Ohm n punctul B, cu polaritile din Figura 3.2,avem:

r i

r i

t

t

t I I

U U

I

U Z

+

+== (3.8)

r i

r i

I I U U

Z

+=0 (3.9)

Rezult:

Z t ( I i + I r ) = Z 0 ( I i - I r ) (3.10)

sau

I r ( Z 0 + Z t ) = I i ( Z 0 - Z t ) (3.11 )

0

0

0

0 Z Z Z Z

Z Z Z Z

I I

t

t

t

t

i

r +

=

+

= (3.12)

Acest raport reprezint coeficientul de reflexie pentru curent . Se utili-zeaz de obiceicoeficientul de reflexie pentru tensiune :

0

0 Z Z Z Z

U U

r t

t

i

r +

== (3.13)

Coeficientul de reflexie indic diviziunea semnalului incident, fiind pozitiv pentru tensiunea reflectat i negativ pentru curentul reflectat. Are valorintre -1 i 1 pentru o impedan de ncrcare ntre zeroi infinit.

Se vor examina trei cazuri [4].

Cazul 1 : Z t = Z 0.n acest caz, atunci cnd unda incident (U i, I i) ajunge n punctul B, le-gea lui Ohm este respectat f r nici o corecie. Coeficientul de refle-xie r = 0, i deciU r = 0 i I r = 0.

Cazul 2 : Z t > Z 0.Atunci cnd unda incident ajunge n punctul B, apare o reflexie. Dac

Z t = 2 Z 0, coeficientul de reflexie ester = 0,33 (din ecuaia (3.13)). Ast-


5/7

68

fel, n punctul B tensiunea esteU i + U r = 1,33 U i, iar curentul este I i 0,33 I i = 0,66 I i.

Cazul 3 : Z t < Z 0.Din nou, apare o reflexie n punctul B. Presupunnd c 2 Z t = Z 0,r = -0,33. Tensiunea n punctul B este 0,66U i, iar curentul este1,33 I i.

3.1.3. Terminatori

Fr utilizarea terminatorilor de magistral, apar reflexii de semnalcare determin oscilaii. Terminatorii cei mai utilizai sunt cei rezistivi, care se pot conecta n serie sau n paralel.

Figura 3.3. Terminator serie.

n cazulterminatorului serie , se plaseaz o rezisten n serie cu ieireasursei (Figura 3.3).

n cazul ideal, suma dintre valoarea rezistenei i impedana sursei esteegal cu impedana caracteristic a liniei, sau:

R s = Z 0 - Z s (3.14)

n general, sursele nu au impedane de ieire simetrice. Impedana deieire n starealow, Z ol , de 5-25 , este mai mic dect impedana de ieire nstareahigh , Z oh, de 45-90 . Rezultate satisf ctoare se pot obine cu rezisteneavnd valori intermediare:

Z 0 - Z oh < R s < Z 0 - Z ol (3.15)


6/7

69

n cazul terminatorului paralel , se plaseaz rezistene la captul re-ceptor al liniei. Implementarea se realizeaz de obicei printr-un divizor (Figura3.4).

Figura 3.4. Terminator paralel.

Rezisten a echivalent trebuie s fie egal cu impedana caracteristic Z 0. Rezistena echivalent se poate determina prin relaia:

21

21 R R

R R Re +

= (3.16)

TensiuneaU e se poate determina prin deconectarea divizorului de laliniei calculnd tensiunea circuitului deschis.

21

2

R R R

V U cce += (3.17)

Alte forme a terminatorului paralel se pot obine prin conectarea uneisingure rezistene la V cc ( pull-up ), respectiv la mas ( pull-down ). O singur re-zisten conectat la V cc va disipa putere numai cnd ieirea sursei estelow .Similar, o singur rezisten conectat la mas va disipa putere numai atuncicnd ieirea sursei estehigh .

Terminatorul paralel se poate utiliza pentru magistralele bidirecionale.


7/7

70

O alt posibilitate pentru realizarea terminatorilor este utilizareadio-delor de limitare [4]. DispozitiveleTTL i CMOS au de obicei diode de protec-ie la intrare. Pe lng protecia mpotriva descrcrilor electrostatice, acestea permiti reducerea reflexiilor. O schem posibil este cea din Figura 3.5.

Figura 3.5. Terminator cu diod de limitare.

Tensiunea de intrare va fi meninut ntre 0,5 .. 1,5 V i 0,5 ..1,5 V pesteV cc. n cazul circuitelor TTL bipolare, lipsete de obicei dioda conectat laV cc. Pentru mbuntirea performanelor, se poate aduga o diod Schottky ra- pid, conectat la mas (i la V cc dac este necesar). Se poate utiliza o schemmbuntit ca n Figura 3.6.

Figura 3.6. Terminator mbuntit cu diod de limitare.

3.2. Magistrale sincrone i asincrone

Dup modul de control al transferului de informaii, magistralele pot fi sincrone sau asincrone .

MAGISTRALE-Consid-Electrice

Documents

Transcript of MAGISTRALE-Consid-Electrice