Jump to content

    
Sign in to follow this  
flammmable

Как согласовать линию?

Recommended Posts

Предположим, я хочу передать сигнал по коаксиальному кабелю на высокоомную нагрузку.

 

Сам сигнал - прямоугольный импульс ТТЛ 3,3 вольта (несимметричный) с вывода ПЛИС в корпусе LQFP-144.
Кабель - 50-омный тонкий коаксиал вроде RG-174. Разъемы на плату - SMA/SMB или что-нибудь похожее.
Нагрузка - высокоимпедансный вход другой микросхемы (ПЛИС/МК), либо вход осциллографа, выставленный в 1МОм.

 

Предположим, из IBIS-а на ПЛИС стало ясно, что выходы у него имеют импеданс ниже 50 Ом. Следовательно, в теории, можно согласовать линию последовательным резистором на стороне источника сигнала.

 

Но! При соединении двух линий передач с разными волновыми сопротивлениями, будет происходить отражение от точки их соединения. Это отражение будет зависеть только от разности волновых сопротивлений и НЕ будет зависеть от длины каждого участка.

 

Если бы к 50-омной линии подходила бы дорожка меньшего импеданса (скажем 20 Ом), то можно было бы согласовать линии при помощи последовательного резистора (30 Ом).

 

Однако, как показывает Saturn PCB, даже при толщине FR4 в 0,2мм, линия в 50 Ом достигается при ширине в 0,35мм.
При толщине FR4 в 0,5мм импеданс линии в 50 Ом достигается при ширине аж 0,922мм! Т.е. при шаге LQFP-144 в 0,5мм любая дорожка на плате, отходящая от микросхемы будет иметь импеданс заведомо выше 50 Ом.

 

Получается, что импульс, выпущенный ПЛИСом в сторону осциллографа 1МОм отразится от него, побежит обратно, а затем, несмотря на все согласования на стороне источника, отразится от мм... контактной площадки на плате или перехода "дорожка-разъем".

 

1) Всё ли так, как я описал?
2) Если да, то возможно ли согласовать такую линию на стороне источника?
3) Если нет, то где справедливость?

Share this post


Link to post
Share on other sites

С точки зрения теории все так. На самом деле проводник, в котором время распростанения фронта импульса меньше длительности фронта, нельзя рассматривать как длинную линию и, соответственно, нельзя говорить об ее импедансе. Поэтому ставьте согласующий резистор 30 Ом возле ножки ПЛИС. Дорожка от резистора до разъема кабеля должна быть согласована, если длинная. Используйте четырехслойную плату с тонким препрегом между верхним соем и вторым - земляным. На другом конце кабеля нужно тоже согласование - 50 Ом параллельно. С него можете снимать сигнал на любую вашу высокоомную нагрузку.

Share this post


Link to post
Share on other sites
2 hours ago, flammmable said:

Это отражение будет зависеть только от разности волновых сопротивлений и НЕ будет зависеть от длины каждого участка.

На частотах до ~~1ГГц.

От длины участка зависит длительность импульса отражения, поэтому в цифровых схемах короткие участки в переходах ДЛ (печатные дорожки у приемника/передатчика, разъемы, и тп) можно не согласовывать.

Поэтому часто излишне согласование сопротивлений на ПП до разъемов, и самих разъемов.

На 100МГц осциллографе подобные нюансы вообще не будут видны.

Из-за больших паразитных емкостей выводов ПЛИС, печатные дорожки длиной несколько см проявляют себя, как индуктивности.

 

1 hour ago, Alex11 said:

На другом конце кабеля нужно тоже согласование - 50 Ом параллельно.

Не обязательно. 

 

2 hours ago, flammmable said:

Нагрузка - высокоимпедансный вход другой микросхемы (ПЛИС/МК), либо вход осциллографа, выставленный в 1МОм.

Входные емкости чипов/осциллографа достаточно большие, поэтому после ДЛ желателен последовательный резистор (примерно равный волновому), это уменьшит отражения, и образует ВЧ фильтр.  

Share this post


Link to post
Share on other sites
27 minutes ago, Leka said:

От длины участка зависит длительность импульса отражения...

Предположим, у нас переход 100-омной линии в 50-омную. Сама 50-омная линия на другом конце терминирована на землю резистором 50 Ом. Со стороны 100-омной линии на переход набегает импульс. Импульс по ряду причин (нет сознания, к примеру) не знает длину 50-омного отрезка и тупо разделяется на прошедший и отраженный. Прошедший доходит до терминирующего резистора, рассеивается на нем и исчезает. Вы хотите сказать, что длительность отраженного импульса как-то коррелирует с длиной 50-омного участка? Если да, то за счет чего?

Share this post


Link to post
Share on other sites
11 minutes ago, flammmable said:

Сама 50-омная линия на другом конце терминирована на землю резистором 50 Ом.

Это эквивалентно (с точностью до задержки) нагрузке 50 Ом (те отсутствию самой ДЛ).

 

11 minutes ago, flammmable said:

длительность отраженного импульса

коррелирует только с 100-омным участком линии, "возвращая" источнику информацию, что нагрузка не равна 100 Ом.

А вот если 50-омная линия не согласована у приемника, отражение от приемника несет информацию о реальной нагрузке.

На переходе к 100-омной линии будет переотражение, чтобы погасить его, 100-омный отрезок д/б нагружен на 50 Ом (а не на 100 Ом).

Вот длительность этих импульсов переотражений и будет коррелировать с длиной 100-омного участка.   

Это все хорошо симулируется в бесплатных программах.

Можно подобрать оптимальные согласующие резисторы.

И вовсе не обязательно ставить эти резисторы поближе к выводам ПЛИС, можно в любом удобном месте до разъема. 

Share this post


Link to post
Share on other sites
3 hours ago, flammmable said:

 

Но! При соединении двух линий передач с разными волновыми сопротивлениями, будет происходить отражение от точки их соединения. Это отражение будет зависеть только от разности волновых сопротивлений и НЕ будет зависеть от длины каждого участка.

 

Для согласования линий с разными импедансами используют (в частности) трансформаторы типа длинной линии.
В принципе линию с нагрузкой или источник с линией тоже можно согласовать. Например коаксиальный кабель 50 или 75 Ом с антенной.
Будет работать в обоих направлениях


 

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
4 часа назад, flammmable сказал:

Предположим, я хочу передать сигнал по коаксиальному кабелю на высокоомную нагрузку.

На приёмном конце Вы должны поставить резистор 49,9 Ом.

4 часа назад, flammmable сказал:

сигнал - прямоугольный импульс ТТЛ 3,3 вольта (несимметричный) с вывода ПЛИС в корпусе LQFP-144.

это неважно.

4 часа назад, flammmable сказал:

тонкий коаксиал

тоже не важно, тонкий или толстый, один хрен 50 Ом

4 часа назад, flammmable сказал:

Разъемы на плату - SMA/SMB или что-нибудь похожее.

очень хорошо, у них волновое 50 Ом

5 часов назад, flammmable сказал:

Нагрузка - высокоимпедансный вход другой микросхемы (ПЛИС/МК), либо вход осциллографа, выставленный в 1МОм.

про нагрузку написал выше.

 

5 часов назад, flammmable сказал:

Предположим, из IBIS-а на ПЛИС стало ясно, что выходы у него имеют импеданс ниже 50 Ом. Следовательно, в теории, можно согласовать линию последовательным резистором на стороне источника сигнала.

Не надо предполагать. Частоты какие?

Share this post


Link to post
Share on other sites
19 minutes ago, MrGalaxy said:

Частоты какие?

Ну какие м/б частоты у ПЛИС в LQFP-144. До 1Гбит/сек, значит частоты до 500МГц. 

А про "православные" 50 Ом не надо миф тиражировать.

Share this post


Link to post
Share on other sites
15 hours ago, Leka said:

Это эквивалентно (с точностью до задержки) нагрузке 50 Ом (те отсутствию самой ДЛ).

 

коррелирует только с 100-омным участком линии, "возвращая" источнику информацию, что нагрузка не равна 100 Ом.

А вот если 50-омная линия не согласована у приемника, отражение от приемника несет информацию о реальной нагрузке.

На переходе к 100-омной линии будет переотражение, чтобы погасить его, 100-омный отрезок д/б нагружен на 50 Ом (а не на 100 Ом).

Вот длительность этих импульсов переотражений и будет коррелировать с длиной 100-омного участка.   

Это все хорошо симулируется в бесплатных программах.

Можно подобрать оптимальные согласующие резисторы.

И вовсе не обязательно ставить эти резисторы поближе к выводам ПЛИС, можно в любом удобном месте до разъема. 

Ага! Теперь яснее. Спасибо!

Я спросил на electronics.stackexchange, там, по моему мнению ответили более ёмко по форме (и то же самое - по сути).

Share this post


Link to post
Share on other sites

Очень советую поиграться в симуляторе с идеальными линиями, чтобы понять многие вещи. Откуда, например, вытекает правило  располагать согласующий резистор как можно ближе к источнику. Как и на что влияют неоднородности, паразитные элементы. В каких случаях можно пренебречь правилами согласования, и какими. И тд и тп. 

On 8/12/2021 at 7:23 PM, Leka said:

образует ВЧ фильтр

Опечатка, подразумевался НЧ фильтр.

 

On 8/12/2021 at 7:56 PM, Leka said:

И вовсе не обязательно ставить эти резисторы поближе к выводам ПЛИС, можно в любом удобном месте до разъема. 

Это для "коротких" линий, зависит от конкретных условий.  

Edited by Leka

Share this post


Link to post
Share on other sites
On 8/13/2021 at 10:37 PM, Leka said:

Очень советую поиграться в симуляторе с идеальными линиями, чтобы понять многие вещи.

 

Как раз этим и занят. Смотрите, с одиночной линией стало понятно. Но как быть с древовидной трассировкой (T-routing), скажем, в случае линий DQ микросхем DDR? Линия с одним импедансом разделяется на две с точно такими же импедансами. Да, в DDR есть встроенные терминаторы. Но от активной микросхемы отражение же будет? Оно вернется к точке разветвления и отразится от него обратно, в сторону активной микросхемы. Причем точку ветвления не удастся поставить в упор к процессору/ПЛИСу.

 

Второй вопрос в том, что если бы процессор/ПЛИС обладал выходным импедансом Z/2, то можно было бы проложить линию с таким же импедансом до точки ветвления, а дальше развести линии с импедансом Z. И сигнал от процессора/ПЛИС не отражался бы от точки ветвления и пришел бы на память с полной амплитудой. Но в обратную сторону - от памяти к процессору/ПЛИС - отражение будет как ни старайся. С этим придется жить?

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.

Sign in to follow this