Jak czas narastania zależy od przepustowości sygnału?

Powiedzmy, że chcę ograniczyć czas narastania moich krawędzi sygnału cyfrowego, aby uniknąć radzenia sobie z efektami linii przesyłowej.

Jak określić maksymalną częstotliwość harmonicznych w moim sygnale, wiedząc, że mój czas narastania wynosi, powiedzmy 5ns?

Jak określić częstotliwość narożną mojego filtra dolnoprzepustowego, wiedząc, że czas podtrzymania układu odbiornika wynosi, powiedzmy, 10ns?

W wikipedii znalazłem wzór

czy to dotyczy w tym przypadku?

Edytować

Nie wyraziłem się jasno, więc postaram się wyjaśnić mój tok myślenia.

Powiedzmy, że mam sygnał 30HMz, a mój ślad jest znacznie poniżej 1/10 długości fali. Nie muszę więc zajmować się efektami linii transmisyjnej w tym zakresie. Ale moje krawędzie są strome - 5ns. Dodaje to do mojego sygnału komponenty wysokiej częstotliwości, które potencjalnie będą cierpieć z powodu efektów linii przesyłowej.

Mój pomysł polega na tym, że spowalniam przejścia krawędzi do punktu, w którym nie muszę radzić sobie ze zjawiskami na linii przesyłowej. Pytanie jest dwojakie:

• jak obliczyć najszybszy czas narastania / opadania, który przy danej długości śladu pozwoliłby mi przejść przez mój obwód jako „zbity”?
• jak zwolnić czas narastania / opadania?

Czas narastania / opadania to czas zmiany napięcia z 10% na 90% wartości maksymalnej. Wiem, jak obliczyć przybliżoną prędkość sygnału na płycie FR4.

Nie ma związku między czasem narastania a przepustowością. Ogranicznik prędkości narastania jest filtrem nieliniowym, więc nie można go bezpośrednio scharakteryzować jako filtr dolnoprzepustowy z pewną oczywistą częstotliwością wycofywania. Pomyśl o tym w dziedzinie czasu, a zobaczysz, że efekty ograniczenia szybkości narastania sygnału są proporcjonalne do amplitudy. Sygnał 5 Vpp ograniczony do 5 V / µs nie może mieć okresu krótszego niż 2 µs, w którym to momencie ulega degeneracji do fali trójkąta 500 kHz. Jeśli jednak amplituda musi wynosić tylko 1 Vpp, wówczas limitem jest fala trójkąta o częstotliwości 2,5 MHz. Ponieważ pojęcie przepustowości staje się mniej jasne, gdy włączony jest filtr nieliniowy, możesz co najwyżej porozmawiać o tym w przybliżeniu.

Twoja odpowiedź może się znacznie różnić w zależności od tego, czym dokładnie jest „czas narastania”. Jest to termin, którego nigdy nie należy używać bez pewnych kwalifikacji. Nawet prosty filtr RC ma niejednoznaczny czas narastania. Jego skokowa reakcja jest wykładnicza, a miejsce nie jest wyraźnym „końcem”. Czas narastania jest zatem nieskończony. Bez progu określającego, jak blisko końca należy uznać, że wzrósł, termin „czas narastania” jest bez znaczenia. Dlatego musisz albo mówić o czasie narastania do określonej części wartości końcowej , albo o szybkości uśpienia.

Dlatego równanie, które podajesz, jest po prostu błędne, przynajmniej bez zestawu kwalifikacji. Być może są one znalezione na stronie, z której je otrzymałeś, ale zacytowanie go z kontekstu powoduje, że jest ono błędne. Twoje pytanie jest bez odpowiedzi w obecnej formie.

Dodany:

Mówisz teraz, że prawdziwym problemem jest ograniczenie wysokich częstotliwości od ostrych krawędzi, aby części sygnału nie dostały się do zakresu częstotliwości, w którym drut staje się linią transmisyjną. Ma to niewiele wspólnego z czasem narastania. Ponieważ prawdziwym problemem jest zawartość częstotliwości, radzimy sobie z tym bezpośrednio. Najprostszym sposobem jest prawdopodobnie filtr dolnoprzepustowy RC. Ustaw go tak, aby zjechał powyżej najwyższej częstotliwości zainteresowania sygnałem i znacznie poniżej częstotliwości, przy której twój system nie może być dłużej uważany za zbity. Jeśli między nimi nie ma przestrzeni częstotliwości, nie możesz tego, czego chcesz. W takim przypadku musisz użyć sygnału o niższej przepustowości, krótszego drutu lub zająć się aspektami linii transmisyjnej drutu.

W twoim przypadku mówisz, że najwyższa interesująca częstotliwość wynosi 30 MHz, więc dostosuj filtr do tego lub nieco wyżej, powiedzmy 50 MHz, ponieważ to pozostawi pożądany sygnał prawie nienaruszony. Długość fali 50 MHz wynosi 6 metrów w wolnej przestrzeni. Nie powiedziałeś, jaka jest impedancja twojej linii transmisyjnej, ale załóżmy, że propagacja będzie o połowę mniejsza niż prędkość światła, co pozostawia 3-metrową długość fali na drucie. Aby być całkiem bezpiecznym, ignorując problemy z linią transmisyjną, chcesz, aby drut miał długość fali 1/10 lub mniejszą, czyli 300 mm lub mniej więcej stopę. Więc jeśli drut ma długość stopy lub mniej, możesz dodać prosty filtr RC przy 50 MHz i zapomnieć o tym.

Efekty linii transmisyjnej nie pojawiają się nagle przy magicznej długości fali w stosunku do długości drutu, więc jak długo jest za długa, jest szary obszar. Długość fali do 1/4 może często być wystarczająco krótka. Jeśli jest „długi”, najlepiej użyć sterownika o impedancji i terminatora na drugim końcu. Jest to jednak uciążliwe i tłumi sygnał o połowę. Albo radzisz sobie z niższą amplitudą w odbiorniku, albo zwiększasz ją w nadajniku, zanim zostanie podzielony przez impedancję jazdy i impedancję charakterystyczną linii transmisyjnej.

Prostszym rozwiązaniem, które może wymagać pewnych eksperymentalnych poprawek, jest po prostu ustawienie małego rezystora szeregowo w sterowniku i załatwienie go. W ten sposób powstanie filtr dolnoprzepustowy o pojemności kabla i dowolnej innej pojemności błądzącej. To nie jest tak przewidywalne jak celowe RC, ale o wiele prostsze i często wystarczająco dobre.

Ta formuła jest zwykle nazywana częstotliwością kolana. Opiera się on na czasie narastania sygnału o 10–90% i jest zwykle używany jako przybliżenie, aby powiedzieć nam, jaka najwyższa interesująca częstotliwość może być w używanym sygnale cyfrowym. Lub powiedział lepszy sposób, w którym można znaleźć większość energii o wysokiej częstotliwości tego sygnału. Jeśli Twój kanał może przekroczyć tę szerokość pasma, teoretycznie nie zauważysz żadnego spadku lub pogorszenia czasu sygnału. Oczywiście w praktyce istnieją inne rzeczy, takie jak odbicia, które mogą wpływać na twój sygnał. Oto Tom D w Mentorze, podając dobre wyjaśnienie na SI-LIST.

Byłbym bardziej zainteresowany, aby poznać długość i materiał użyty na Twoim kanale. Czy jest wystarczająco długi, aby wziąć pod uwagę efekty linii transmisyjnej (dłuższe niż ćwierć długości fali, niektórzy powiedzą 1/6 długości fali). Nie wiem, co robisz ze swojego postu, więc próbuję udzielić ogólnych wskazówek. Próba spowolnienia w jakiś sposób czasu narastania, jeśli go nie potrzebujesz, samo w sobie nie jest złym pomysłem, pod warunkiem, że Twój kierowca poradzi sobie z obciążeniem filtra, którego używasz, bez wysadzenia.

Dlaczego po prostu nie upewnisz się, że używasz odpowiedniej struktury / kabla linii transmisyjnej i prawidłowo go kończysz? Jestem pewien, że masz powody swojego projektu, więc tylko sugestia;)

Wzory, które przytaczasz, są używane do BW sygnałów, które będą zaangażowane w emisję z krawędzi. I są w nim wbudowane pewne założenia, jak na przykład: Większość sygnałów cyfrowych w trakcie huśtawki wygląda jak źródło prądu do kondensatora (tj. Liniowa rampa), który zwęża się u góry iu dołu. Ważne jest również, aby użyć tego do obaw związanych z odbiciem linii transmisyjnej itp. I zjechać.

Ale nie mówi o harmonicznych, które będą wynosić ~ 1 / t (wzrost). tzn. zobaczysz, że 200 MHz ostrogi w widmie.

W przypadku odbiornika musisz spojrzeć na schemat oka, aby upewnić się, że czasy wstrzymania zostały dotrzymane. I to jest scenariusz w dziedzinie czasu. Możesz więc mieć tam elementy obwodu, które pomagają dotrzymać twojego czasu i nie są widoczne po stronie częstotliwości rzeczy. Tak więc twój BW może być używany do opisywania rzeczy w jego interakcji z czasem wstrzymania, ale niekoniecznie możesz czerpać czas wstrzymania bezpośrednio z BW. Tutaj można przejść do modelowania lub stanowisk testowych.

Nie jestem pewien, czy przeczytałem wszystkie posty w całości, ale w odniesieniu do oryginalnego postu (od faceta z czasem narastania 5ns). Powinieneś przeczytać książki dr Howarda Johnsona lub Lee Ritchey. Wyjaśniają to szczegółowo.

Nie próbuj spowalniać sygnału, nie ma takiej potrzeby, z wyjątkiem szczególnych okoliczności.

Jeśli chcesz wydostać się z teoretycznego błota i znaleźć praktyczne rozwiązanie, możesz użyć tego: Jeśli długość śladu jest dłuższa niż 1/5 czasu lotu reprezentowanego przez czas narastania krawędzi, masz linię transmisyjną i potrzebujesz rozwiązania. W praktycznym przypadku, przy użyciu FR4 lub równoważnego materiału, ze stałą dielektryczną około 4 do 4,6, czas podróży wynosi około 5,5 cala na nanosekundę. W przypadku czasu wzrostu 5ns masz przejście krawędziowe o długości około 27,5 cala. Jeśli weźmiesz 1/5 tego, otrzymasz 5,5 cala. Więc jeśli ślad PWB jest dłuższy niż 5,5 cala, powinieneś użyć szeregowego rezystora kończącego, aby dopasować impedancję (dla połączenia punkt-punkt).

Jeśli masz ślady 50 omów, rezystor powinien wynosić 50 omów minus impedancja źródła sterownika (dla zakończenia serii fali odbitej). Zacznij od rezystora 20 omów. Jeśli dostaniesz nadmiernego przekroczenia (ponad 5%), zwiększ go, a jeśli stoczysz się z krawędzi, zmniejsz go. Nie musi być idealny, aby uzyskać dobre wyniki. Najlepiej jest używać oprogramowania Hyperlynx do symulacji i za każdym razem zbliżać się do idealnych wyników.

BTW, to równanie .34 / Trise, jest poprawnym równaniem do praktycznych zastosowań. A czas narastania jest ogólnie uzgodniony jako czas od 10% do 90% napięcia sygnału (wszelkie wyjątki nie dotyczą tego, co robisz). Aby być bardziej konserwatywnym w swoich projektach, użyj .5 / Trise.