[Nickolay 0]

Помогите!!!

Нужно рассчитать допустимую длину печатного проводника на однослойной печтаной плате. Дано: цифровая схема и, соответственно, даташиты на микроконтроллеры и описания к элементам. Где бы найти формулы для расчета???

И как после расчета выполнить трасисроввку в p-cad, если есть такая трабла: геометрич.размеры микроконтроллера cygnal c8051f020 10х10мм и 64 вывода...(в даташите только один корпус..видимо единственный). Реально ли вообще такую схему там развести? Просто куча органичений... расстояния между пинами у всех МК разные... Как поступают в таких случаях...

Спасибо.

[=AK= 12]

Ограничения связаны в основном с двумя параметрами:

-- с задержкой распространения сигнала (из-за конечной скорости света), примерно 1нс на 30см длины

-- с емкостью проводника, которая зависит не только от длины, но и ширины, а также от окружения.

Длина может быть в общем-то любой, т.к. физически невозможно изготовить плату такого размера, чтобы длины проводников начали сказываться на такое сравнительно медленное устройство, как сигналовский проц. Для примера, в USB2 при скорости 480 Мбит/сек макс. длина проводника (кабеля) равна 5м.

[javalenok 0]

-- с задержкой распространения сигнала (из-за конечной скорости света), примерно 1нс на 30см длины

Для примера, в USB2 при скорости 480 Мбит/сек макс. длина проводника (кабеля) равна 5м.

 

Однако пример противоречит теории. 480Мгц - плогигагерца, 2нс. Максимальная длина - 60 см. На самом деле и того короче.

 

Скорость света в вакууме 3*10^8 м/с, в металлах - в 2 раза медленее. На самом деле рекомендуют брать с 10х запасом от скорости света из-за явлений отражения сигнала в проводах (несовпадения какого-то там импеданса и прочей х-ни). Итого имеем 3*10^9 см/с. То есть 3см/нс. Ого, максимальная длина усб2.0 кабеля - 6 см (это включая внутренюю разводку)! :blink:

 

Хороший пример, для нас, для чайников, требует объяснений.

Изменено 1 мая, 2006 пользователем javalenok

[Nickolay 0]

Ок... Спасибо.

А теперь пусть у нас длинная линия... т.е. присутствует эффект отражения... и линия несогласованная.

Как быть тогда?

Вот то, что я нашел: предельная длина несогласованного соединения L = Tф/2Tзр,

где Tф - время фронта имупьса, Tзр - время задержки распростанения сигнала.

При этом для подсчета времени задержки нужна собственная емкость (она называется погонной?) и собственная индуктивность проводника которую вроде как можно определить из каких-то графиков по геометрическим параметрам проводника. Со временем фронта импульса проблем не возникнет....

[=AK= 12]

В несогласованной линии надо смотреть, насколько отражения влияют на обмен.

 

Например, пусть передатчик и один приемник находятся с противоположных сторон линии, несогласованной с одного конца. Если линия несогласована на передающем конце, это ни на что не повлияет, т.к. отражений все равно не будет. Если линия несогласована на приемном конце, то отраженный сигнал "бьет" по передатчику, однако хорошему передатчику это по барабану, так что тоже ни на что не влияет.

 

Теперь добавим в линию еще один приемник, но поставим его рядом с передатчиком. В "плохом" случае, когда линия несогласована со стороны, противоположной передатчику, этот второй приемник "увидит" сигнал ступенчатой формы. Первую ступеньку дает сигнал от передатчика, вторую - отраженный сигнал. В худшем случае приемник сработает не по первой ступеньке, а по второй, т.е. с опозданием. Время опоздания пропорционально длине линии. Очевидно, это заставит нас снизить частоту переключений до такой величины, чтобы отраженный фронт приходил не в середине битового интервала, а существенно раньше, например, на 2/5 битового интервала.

 

Выбор 2/5 (или 1/3, или 1/4, или 1/10) довольно произволен. Если приемник берет одну выборку сигнала в середине битового интервала, как обычный UART в PC, то это должно быть меньше 1/2, чтобы вторая ступенька успела прийти чуть раньше момента выборки. Однако что мешает сделать приемник, который брал бы выборку, скажем, в точке 3/4 битового интервала? Тогда макс. длину несогласованной с одного конца линии можно было бы увеличить примерно на четверть.

 

Скажем, для бодовой скорости 9600 (битовый интервал чуть больше 100 мкс) и обычного UARTа "эхо" должно закончиться не позднее чем через 50 мкс (это чуть меньше 1/2 битового интервала). Если бы сигнал распространялся в вакууме, то макс. длина несогласованной с одного конца линии не должна была бы превышать 7.5 км. Для кабеля скорость будет меньше, скажем, всего 2/3 от скорости света в вакууме, и макс. длина уменьшится до 5 км.

 

Если линия несогласована с обоих концов, то в линии без потерь при полном отражении каждый фронт сигнала будет звенеть вечно, и по такой линии вообще ничего передать нельзя, какой короткой бы она ни была и как бы медленно мы ни передавали. К счастью ;) все реальные линии обладают потерями, а отражение не полное. Однако абстрактно считать для этого случая довольно муторно и долго, проще померять живьем.

[Nickolay 0]

Спасибо!!!!!!!

[Demeny 0]

-- с задержкой распространения сигнала (из-за конечной скорости света), примерно 1нс на 30см длины

Для примера, в USB2 при скорости 480 Мбит/сек макс. длина проводника (кабеля) равна 5м.

 

Однако пример противоречит теории. 480Мгц - плогигагерца, 2нс. Максимальная длина - 60 см. На самом деле и того короче.

 

Скорость света в вакууме 3*10^8 м/с, в металлах - в 2 раза медленее. На самом деле рекомендуют брать с 10х запасом от скорости света из-за явлений отражения сигнала в проводах (несовпадения какого-то там импеданса и прочей х-ни). Итого имеем 3*10^9 см/с. То есть 3см/нс. Ого, максимальная длина усб2.0 кабеля - 6 см (это включая внутренюю разводку)! :blink:

 

Хороший пример, для нас, для чайников, требует объяснений.

 

На самом деле не совсем так. В USB используется дифференциальная пара для передачи цифрового сигнала, то есть когда на одном проводе +, а на другом -, то определяется логический ноль, когда наоборот - логическая единица. Состояния, когда оба провода имеют равные потенциалы, не являются информативными. Поэтому скорость света здесь ни при чём. Когда передатчик меняет свой выход на противоположный (меняется полярность ОБОИХ сигналов), то какова бы ни была длина каждого из двух проводов, если эти длины равны, то смена полярности придёт на приёмник абсолютно одновременно, несмотря на конечную скорость света.

Даже если длины обоих проводов будут разными, то один сигнал придёт чуть раньше, и на малое время входы приёмника будут иметь РАВНЫЕ потенциалы, а это не воспринимается приёмником в качестве информативного сигнала.

Длина провода на частоте 480 МГц ограничена лишь его индуктивными свойствами. Слишком длинный провод будет иметь на такой частоте весьма высокое сопротивление.

[=AK= 12]

Длина провода на частоте 480 МГц ограничена лишь его индуктивными свойствами. Слишком длинный провод будет иметь на такой частоте весьма высокое сопротивление.

Нет, она не ограничена ни "емкостными" ни "индуктивными" свойствами как таковыми. Идеальная длинная линия может быть сколь угодно длинной. Длина реальной длинной линии ограничивается потерями в линии и неоднородностью линии. На низких частотах больше влияют потери и наведенные помехи. Из-за потерь сигнал ослабляется, так что в очень длинной линии приемник не сможет выделить сигнал из шумов и помех. На высоких частотах больше влияют неоднородности линии. Из-за неоднородностей возникают частичные отражения в линии, с увеличением длины форма сигнала все больше искажается, так что приемник в конце концов становится неспособным выделить сигнал из этого "звона".

 

В USB2 сигнал передается по одному и тому же кабелю в обе стороны. Задержки между приемом и передачей должны быть малы, и кабель длиной более 5м может оказаться непригодным из-за слишком большого времени распространения сигнала по нему. Если считать, что в кабеле скорость распространения равна, скажем, 20см за 1нс, то 5м кабель даст задержку в 25нс в один конец. То есть, передатчик послал сообщение, а потом должен будет переключиться на прием и 50нс слушать - отвечают с того конца или нет. С учетом задержек в микросхемах и пр. ему на самом деле приходится слушать еще дольше. Это "мертвое время", его нельзя делать большим, иначе снизится эффективность работы USB2. Так что 5м - это некий компромисс.