TME – Curs 11

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


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


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


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


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


[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


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


[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)

TME – Curs 11

Documents

Transcript of TME – Curs 11