In che modo il tempo di salita è correlato alla larghezza di banda del segnale?

Dire, voglio limitare il tempo di salita dei miei bordi del segnale digitale per evitare di gestire gli effetti della linea di trasmissione.

Come posso determinare la massima frequenza di armoniche nel mio segnale sapendo che il mio tempo di salita è, diciamo 5ns?

Come faccio a determinare la frequenza d'angolo del mio filtro passa-basso sapendo che il tempo di attesa sul chip del ricevitore è, diciamo 10ns?

In Wikipedia ho trovato la formula

si applica in questo caso?

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Non sono riuscito a chiarirmi, quindi cercherò di spiegare la mia linea di pensiero.

Supponiamo di avere un segnale di 30 Hz e la mia lunghezza della traccia è ben al di sotto di 1/10 della lunghezza d'onda. Quindi non ho a che fare con gli effetti della linea di trasmissione in merito. Ma i miei bordi sono ripidi - 5 ns. Ciò aggiunge alcuni componenti ad alta frequenza nel mio segnale che potenzialmente risentiranno degli effetti della linea di trasmissione.

La mia idea è quella di rallentare le transizioni dei bordi fino a un punto in cui non devo affrontare i fenomeni delle linee di trasmissione. La domanda è duplice:

• come faccio a calcolare il tempo di salita / discesa più veloce che con la lunghezza della traccia data mi consentirebbe di gestire il mio circuito come "raggruppato"?
• come posso rallentare il tempo di salita / discesa?

Il tempo di salita / discesa è il tempo in cui la tensione cambia dal 10% al 90% del valore massimo. So come calcolare la velocità approssimativa del segnale sulla scheda FR4.

Non esiste una relazione uno a uno tra tempo di salita e larghezza di banda. Un limitatore della velocità di risposta è un filtro non lineare, quindi non può essere direttamente definito come filtro passa basso con una frequenza di rolloff evidente. Pensaci nel dominio del tempo e puoi vedere che un limite di velocità di risposta ha effetti proporzionali all'ampiezza. Un segnale a 5 Vpp limitato a 5 V / µs non può avere un periodo inferiore a 2 µs, a quel punto degenera in un'onda triangolare di 500 kHz. Tuttavia, se l'ampiezza doveva essere solo 1 Vpp, il limite è un'onda triangolare di 2,5 MHz. Poiché il concetto di larghezza di banda diventa meno chiaro quando è coinvolto un filtro non lineare, si può al massimo parlarne approssimativamente.

La tua risposta può anche variare notevolmente a seconda di cosa sia esattamente il "tempo di salita". Questo è un termine che non dovrebbe mai essere usato senza qualifiche. Anche un semplice filtro RC ha tempi di salita ambigui. La sua risposta al passo è un esponenziale senza che un posto sia una chiara "fine". Il suo tempo di salita è quindi infinito. Senza una soglia di quanto vicino alla fine devi essere considerato come aumentato, il termine "tempo di salita" non ha senso. Questo è il motivo per cui è necessario parlare del tempo di salita a una frazione specifica del valore finale o della velocità di risposta.

L'equazione del tuo sito è quindi semplicemente sbagliata, almeno senza una serie di qualifiche. Forse quelli si trovano sulla pagina da cui lo hai preso, ma citarlo per contect lo rende sbagliato. La tua domanda è irrisolvibile nella sua forma attuale.

Inserito il:

Ora dici che il vero problema è limitare le alte frequenze da spigoli vivi in ​​modo che parti del segnale non entrino nella gamma di frequenza in cui il filo diventa una linea di trasmissione. Questo ha poco a che fare direttamente con i tempi di salita. Dato che il vero problema è il contenuto di frequenza, affrontalo direttamente. Il modo più semplice è probabilmente un filtro passa basso RC. Impostalo per eseguire il rollback al di sopra della massima frequenza di interesse per il segnale e ben al di sotto della frequenza alla quale il tuo sistema non può più essere considerato in blocco. Se non c'è spazio di frequenza tra questi, allora non puoi quello che vuoi. In tal caso, è necessario utilizzare un segnale di larghezza di banda inferiore, un filo più corto o gestire gli aspetti della linea di trasmissione del filo.

Nel tuo caso, dici che la più alta frequenza di interesse è 30 MHz, quindi regola il filtro su quello o un po 'più alto, diciamo 50 MHz poiché ciò lascerà praticamente intatto il tuo segnale desiderato. La lunghezza d'onda di 50 MHz è di 6 metri nello spazio libero. Non hai detto che impedenza è la tua linea di trasmissione, ma immaginiamo che la propagazione sarà la metà della velocità della luce, che lascia una lunghezza d'onda di 3 metri sul filo. Per essere abbastanza sicuri ignorando solo i problemi della linea di trasmissione, vuoi che il filo abbia una lunghezza d'onda di 1/10 o inferiore, che è di 300 mm o circa un piede. Quindi, se il filo è lungo un piede o meno, puoi aggiungere un semplice filtro RC a 50 MHz e dimenticartene.

Gli effetti della linea di trasmissione non appaiono all'improvviso ad una certa lunghezza d'onda magica rispetto alla lunghezza del filo, quindi quanto è lunga una zona grigia. Una lunghezza d'onda fino a 1/4 può essere spesso abbastanza corta. Se è "lungo", la cosa migliore è usare un driver controllato ad impedenza e un terminatore all'altro capo. Tuttavia, ciò è ingombrante e attenua anche il segnale della metà. O hai a che fare con l'ampiezza inferiore sul ricevitore, oppure aumentala sul trasmettitore prima che venga divisa per l'impedenza di guida e l'impedenza caratteristica della linea di trasmissione.

Una soluzione più semplice che può richiedere alcune modifiche sperimentali, è semplicemente mettere un piccolo resistore in serie con il driver e farlo con esso. Ciò formerà un filtro passa basso con la capacità del cavo e qualsiasi altra capacità parassita intorno. Non è prevedibile come un RC deliberato, ma molto più semplice e spesso abbastanza buono.

Quella formula è quella che normalmente chiamiamo frequenza del ginocchio. Si basa sul tempo di salita del 10% -90% del segnale e viene solitamente utilizzato come approssimazione per dirci quale potrebbe essere la più alta frequenza di interesse in un segnale digitale che stiamo utilizzando. O detto un modo migliore in cui è possibile trovare la maggior parte del contenuto energetico ad alta frequenza di quel segnale. Se il tuo canale può superare quella larghezza di banda, teoricamente non vedrai alcun rollio o aumento del tempo di degradazione del segnale. Naturalmente in pratica ci sono altre cose come i riflessi che possono influenzare il tuo segnale. Ecco Tom D di Mentor che ne dà una buona spiegazione su SI-LIST.

Sarei più interessato a conoscere la lunghezza e il materiale utilizzato per il tuo canale. È abbastanza lungo che è necessario considerare gli effetti della linea di trasmissione (più lunghi di un quarto di lunghezza d'onda, alcuni direbbero 1/6 di lunghezza d'onda). Non so cosa stai facendo dal tuo post, quindi sto solo cercando di dare qualche consiglio generale. Cercare di rallentare i tempi di salita in qualche modo se non ne hai bisogno, di per sé non è una cattiva idea, a condizione che il tuo driver sia in grado di gestire il carico del filtro che usi senza esplodere.

Perché non assicurarti solo di utilizzare una struttura / cavo di linea di trasmissione adeguata e di terminare correttamente? Sono sicuro che hai i motivi del tuo progetto, quindi solo un suggerimento;)

Le formule che citi sono usate per il BW dei segnali che saranno coinvolti nell'emissione dai bordi. E ci sono alcuni presupposti incorporati in esso, come ad esempio la maggior parte dei segnali digitali a metà oscillazione sembrano una sorgente di corrente in un condensatore (cioè una rampa lineare) che si assottiglia in alto e in basso. È anche valido utilizzare questo per la preoccupazione della linea di trasmissione per riflessioni, ecc. E roll-off.

Ma non parla alle armoniche che saranno ~ 1 / t (aumento). cioè vedrai questi speroni a 200 MHz nello spettro.

Per il ricevitore è necessario osservare il diagramma degli occhi per assicurarsi che i tempi di attesa siano rispettati. E questo è uno scenario nel dominio del tempo. Quindi puoi avere elementi circuitali che aiutano a soddisfare i tuoi tempi e non sono visibili sul lato della frequenza delle cose. Quindi il tuo BW può essere usato per descrivere le cose nella sua interazione con il tempo di attesa, ma non puoi necessariamente derivare il tempo di attesa direttamente da BW. I banchi di modellazione o di prova sono la strada da percorrere qui.

Non sono sicuro di aver letto tutti i post nella loro interezza, ma per quanto riguarda il post originale (dal ragazzo con il tempo di salita di 5 ns). Dovresti leggere libri del Dr. Howard Johnson o Lee Ritchey. Lo spiegano in dettaglio.

Non cercare di rallentare il segnale, non ce n'è bisogno se non in circostanze speciali.

Se vuoi uscire dalla confusione teorica e trovare una soluzione pratica puoi usarla: se la lunghezza della traccia è più lunga di 1/5 del tempo di volo rappresentato dal tempo di volo del bordo, hai una linea di trasmissione e bisogno di terminazione. In un caso pratico, utilizzando FR4 o materiale equivalente, con una costante dielettrica compresa tra 4 e 4,6, il tempo di percorrenza è di circa 5,5 pollici per nanosecondo. Per un tempo di salita di 5 ns, hai una transizione del bordo lunga circa 27,5 pollici. Se ne prendi 1/5, ottieni 5,5 pollici. Quindi, se la traccia PWB è più lunga di 5,5 pollici, è necessario utilizzare una resistenza di terminazione in serie per abbinare l'impedenza (per una connessione punto a punto).

Se si dispone di tracce da 50 ohm, la resistenza dovrebbe essere 50 ohm meno l'impedenza della sorgente del driver (per la terminazione della serie di onde riflesse). Inizia con una resistenza da 20 ohm. Se si ottiene un superamento eccessivo (oltre il 5%), ingrandirlo, se si ottiene un bordo arrotondato, ridurlo. Non deve essere perfetto per ottenere buoni risultati. Idealmente, utilizzare il software Hyperlynx per simulare e avvicinarsi sempre ai risultati perfetti.

A proposito, quell'equazione .34 / Trise, è un'equazione valida per applicazioni pratiche. E il tempo di salita è generalmente considerato come il tempo dal 10% al 90% della tensione del segnale (eventuali eccezioni non si applicano a ciò che si sta facendo). Per essere più prudente nei tuoi progetti, usa .5 / Trise.