Po co umieszczać rezystor szeregowo z linią sygnałową?

31

Wiele razy w obwodach widzę rezystor umieszczony szeregowo w linii sygnałowej, a czasem nawet szeregowo z linią VDD MCU. Czy ma to na celu wygładzenie hałasu w linii? Czym to się różni od używania małej czapki, takiej jak .1µF do robienia tego samego?

PICyourBrain
źródło
6
Jaka wartość rezystora? W jakim obwodzie sygnałowym?
endolith,
Następnym razem poszukaj duplikatu Rezystor szeregowy Q&A na liniach sygnałowych Ma to związek z czasem narastania = 0,35 / BW i impedancją linii paskowej w celu zmniejszenia odbić dzwonienia od niedopasowania serii R na szybkich zegarach. W przypadku prądu stałego stosuje się bocznik z niskim ESR. OMG 10 grudnia 2010 r.
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
@ SunnyskyguyEE75 Pracuję nad badaniami SI i zredagowałem to pytanie. Aktywny! = Nowy. :)
JYelton
WTG Yelton nie zapomnij dodać wiodącego zera 0,1
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

Odpowiedzi:

39

Dwa typowe powody to integralność sygnału i ograniczenie prądu w konwersji leniwego poziomu.

W celu zapewnienia integralności sygnału każde niedopasowanie impedancji linii przesyłowej utworzonej przez ślad płytki drukowanej i dołączonych elementów może powodować odbicia przejść sygnału. Jeśli pozwoli się im odbijać tam i z powrotem wzdłuż śladu odbijającego niedopasowania na końcu przez wiele cykli, aż do ich wymarcia, sygnały „dzwonią” i mogą być błędnie interpretowane albo przez poziom, albo jako dodatkowe przejścia krawędzi. Zazwyczaj pin wyjściowy ma niższą impedancję niż ślad, a pin wejściowy ma wyższą impedancję. Jeśli na styk wyjściowy zostanie umieszczony rezystor szeregowy o wartości odpowiadającej impedancji linii przesyłowej, natychmiast utworzy się dzielnik napięcia, a napięcie frontu falowego przemieszczającego się w dół linii będzie równe połowie napięcia wyjściowego. Na końcu odbiorczym wyższa impedancja wejściowa zasadniczo wygląda jak obwód otwarty, co spowoduje odbicie w fazie podwojenia chwilowego napięcia z powrotem do pierwotnego. Ale jeśli pozwolimy temu odbiciu dotrzeć do wyjścia o niskiej impedancji sterownika, odbije się ono poza fazą i konstruktywnie zakłóci, ponownie odejmując i wytwarzając dzwonienie. Zamiast tego jest absorbowany przez rezystor szeregowy w sterowniku, który jest dobrany tak, aby pasował do impedancji linii. Takie zakończenie źródła działa całkiem dobrze w połączeniach punkt-punkt, ale nie tak dobrze w połączeniach wielopunktowych. Zamiast tego jest absorbowany przez rezystor szeregowy w sterowniku, który jest dobrany tak, aby pasował do impedancji linii. Takie zakończenie źródła działa całkiem dobrze w połączeniach punkt-punkt, ale nie tak dobrze w połączeniach wielopunktowych. Zamiast tego jest absorbowany przez rezystor szeregowy w sterowniku, który jest dobrany tak, aby pasował do impedancji linii. Takie zakończenie źródła działa całkiem dobrze w połączeniach punkt-punkt, ale nie tak dobrze w połączeniach wielopunktowych.

Obecne ograniczenia w tłumaczeniu na poziomie leniwym to kolejny częsty powód. Technologie CMOS IC różnych generacji mają różne optymalne napięcia robocze i mogą mieć limity uszkodzeń określone przez niewielki fizyczny rozmiar tranzystorów. Ponadto nie mogą natywnie tolerować wejścia o wyższym napięciu niż ich zasilanie. Dlatego większość układów scalonych jest zbudowana z maleńkich diod od wejść do zasilania, aby chronić przed przepięciem. Jeśli napędzasz część 3,3 V z 5 V (lub bardziej prawdopodobne dzisiaj, napędzając część 1,2 lub 1,8 V ze źródła 3,3 V), kuszące jest po prostu poleganie na tych diodach w celu ograniczenia napięcia sygnału do bezpiecznego zakresu. Często jednak nie są w stanie obsłużyć całego prądu, który potencjalnie może pochodzić z wyjścia o wyższym napięciu, dlatego rezystor szeregowy służy do ograniczenia prądu przez diodę.

Chris Stratton
źródło
Dziękuję za wszystkie szczegóły. To bardzo pomocne. Tak więc na PIC 2,5 V, gdy mają styki IO tolerujące 5 V, czy tak to robią? Po prostu używasz Zenera lub czegoś takiego?
PICyourBrain,
2
NOT A ZERNER Zwykła dioda. Potrzeba rezystora szeregowego zależy od tego, ile prądu dioda może tolerować w stosunku do spadku napięcia i istniejącej impedancji.
Chris Stratton,
1
@PICyourBrain, po prostu używają zwykłej diody, a nie Zenera, ponieważ nie przycinają napięcia przez diodę Zenera z uprzedzeniem wstecznym do GND, ale raczej dociskają napięcie przez diodę zwykłą zorientowaną do przodu do Vcc. Ten niewielki prąd do Vcc pomaga tylko trochę zasilić cały obwód (cokolwiek czerpiącego z Vcc), więc regulator napięcia wytwarzający Vcc nieznacznie wycofuje moc wyjściową w tym momencie. Taka jest zasada zaciskania: pozwala przepłynąć napięciu przez diodę do szyny wysokiego napięcia (Vcc), ale ta szyna nie podnosi się, ponieważ jest pobierana.
Gabriel Staples,
14

Tak, przyczyną jest integralność sygnału. Użycie nasadki znacznie spowolni krawędź i nie będzie tak czyste. Standardowa książka na ten temat to High Speed ​​Digital Design: A Handbook of Black Magic . Zasadniczo jako punkt wyjścia stosuje się zwykle 22,1 oma. Możesz użyć narzędzia do symulacji integralności sygnału, takiego jak HyperLynx firmy Mentor Graphics, aby uzyskać lepszą analizę przed zbudowaniem płytki.

Na linii VDD to nie jest powód. Niektórzy ludzie mogą umieścić rezystor miliohmowy, aby zmierzyć moc, a następnie zastąpić go 0 omów do produkcji. Inne, zwłaszcza analogowe, mogą umieścić tam filtr RC, aby pozbyć się szumów.

Brian Carlton
źródło
1
Brian, dziękuję za odpowiedź! Jeszcze jedna rzecz. Czy istnieje ogólna zasada dotycząca rozmiaru rezystora?
PICyourBrain
2
@Jordan S, chcesz, aby spadek napięcia na nim, V = IR, był niższy niż maksymalny dopuszczalny spadek. Należy również wziąć pod uwagę cechy filtra, takie jak częstotliwość przerwania. Jeśli producent IC zasugeruje to, umieści możliwe wartości w arkuszu danych.
Thomas O
1
W przypadku rezystorów Vcc na chipie o niskiej mocy 10 omów jest dobrym punktem wyjścia. Działa to całkiem dobrze (jak na swój koszt) w redukowaniu szumu z układów cyfrowych do zasilania układów analogowych. Ważne w takich rzeczach, jak radio cyfrowe, w którym może być zasilane baterią o rezystancji 10 omów, a wszelkie zakłócenia w zasilaniu będą modulować AM sygnał RF.
markrages
1
Dlaczego wszystkie książki EE, które chcę, kosztują 100 dolców?!?
PICyourBrain,
9

Na jakim rodzaju produktu? Po stronie konsumenta prawdopodobnie chodzi o integralność sygnału (patrz odpowiedź Briana).

W narzędziu programistycznym może to być ograniczenie prądu. Często upuszczam oporniki 470 Ω na linie sygnałowe dla moich projektów linii danych, które łączą się z modułami zewnętrznymi. Prąd pobierany przez wejście cyfrowe nie wystarcza, aby spowodować znaczny spadek napięcia na tym oporniku. Obecne ograniczenie oznacza, że ​​nic (zwykle) nie idzie w górę z dymem, jeśli popełniam błąd łącząc rzeczy lub jeśli coś zrywa połączenie na odsłoniętej płycie. Różni się od czapki, ponieważ czapka pobiera dużo prądu na krawędź cyfrową (przez krótki, ale czasem nie bez znaczenia), dając przeciwny efekt opornika.

Kevin Vermeer
źródło
3
Ma to również sens przy podłączaniu portów dwukierunkowych, ponieważ mogą one działać przeciwko sobie z powodu błędów programowania lub dziwnych stanów (np. Jeden kontroler resetuje się z powodu wykrycia awarii, drugi kontynuuje działanie).
Simon Richter
8

Nie jestem pewien, czy o tym mówisz, ale na wyjściu wzmacniacza operacyjnego, który prowadzi długą linię, można umieścić niewielki rezystor (<100 omów), aby obciążenie pojemnościowe nie spowodowało wzmacniacz oscyluje.

Można go również zastosować, aby zapewnić, że dwa wzmacniacze mają dokładnie taką samą impedancję wyjściową, aby stworzyć zbalansowaną linię, która odrzuca zakłócenia.

endolit
źródło
5

Dwie kolejne odpowiedzi:

  1. Dodanie rezystora do linii może ograniczyć niszczycielskie przepływy prądu, które w innym przypadku wynikałyby z krótkich stanów nieustalonych wysokiego napięcia, takich jak wyładowania elektrostatyczne (ESD).
  2. Rezystor o niskiej wartości, zgodny z wejściem zasilania układu, obniży napięcie proporcjonalne do prądu zasilania układu. Znając wartość rezystora, można podłączyć miernik, zmierzyć napięcie i określić prąd bez zakłócania działania obwodu. Obwód będzie działał tak samo z wymaganym licznikiem lub bez niego. Natomiast jeśli płytka ma punkt połączenia amperomierza szeregowo z zasilaniem, konieczne byłoby zwarcie tego połączenia, ilekroć materiał nie jest obecny.
supercat
źródło
Oprócz pomiaru prądu można również użyć rezystora jako punktu testowego do debugowania obwodu za pomocą lunety lub analizatora logicznego, ponieważ podnosi on sygnał z maski lutowniczej.
aloishis89,
2

Widziałem układ FPGA Xilinx, zaprogramowany do sterowania analogowym multiplekserem wiersz / kolumna CMOS na kamerze, niszczenia multipleksera, ponieważ cyfrowe nanilukowe krawędzie Xilinx poszły DALEKO PONIŻEJ ziemi, a DALEKO OD VDD. Można to zaobserwować za pomocą sondy 1pF o prędkości 900 MHz (aktywna sonda płodu TEK P6201, długo przestarzała). Twoja normalna powolna sonda 13pF nie wykazała przekroczenia. Ludzie z wieloletnim doświadczeniem w tych obszarach polecili mi umieszczenie rezystora 1Kohm w każdym z 6-calowych przewodów (około 15 tych przewodów) od Xilinx do multipleksera. Wynik? Dobry obraz, z dużą ilością przesunięć / pojawił się błąd wzmocnienia. Dodano korektę płyty na zimno i można było zobaczyć ciepło palca moczące się na kartce papieru. Co się działo? Diody ochronne, które mają absorbować uderzenia ESD o dowolnej biegunowości, włączały się podczas tych poniżej / powyżej przeregulowań poniżej nanosekundy. Tak więc miliony razy na sekundę ładunek wstrzykiwano do podłoża CMOS i dołków, zaburzając cyfrowe zachowanie i być może sygnały analogowe, jeśli były one doprowadzane do grd / rail przez nieoczekiwany przepływ ładunków wymagających drogi powrotnej do domu. Pomagałem w debugowaniu innych obwodów CMOS, w których podczas testu ESD tylko jedna bramka logiczna była zdenerwowana, ponieważ nie byłolokalny kontakt zbierający ładunek w odwiercie / podłożu.

analogsystemsrf
źródło
0

Ostrożnie z rezystorami na liniach VDD. Jeśli nie będziesz ostrożnie dopasowywał rozmiaru czapki w odpowiedni sposób, możesz skończyć z tętnieniem na zasilaniu urządzenia, które ma drtrimatyczny wpływ na działanie.

jrive
źródło
-2

Czasami rezystor lub inne obciążenie jest dodawane równolegle do dyskretnego wejścia cyfrowego, aby skompensować rozproszoną pojemność w długim kablu wejściowym. Rozważ przypadek, w którym przełącznik polowy na końcu długiego ciągu ekranowanego kabla ma gorący i powrotny przewód. drugi koniec pary kabli ma Linię 120 VAC, a strona powrotna przechodzi na wejście PLC, DCS lub innego urządzenia cyfrowego. Na podstawie tych wartości: - napięcie zasilania - pojemność kabla - impedancja cyfrowego urządzenia wejściowego - napięcie wejściowe cyfrowego urządzenia wejściowego Można obliczyć maksymalną bezpieczną odległość dla przebiegu kabla, aby wejście wyłączyło się po otwarciu przełącznika.
Impedancja kabla i urządzenia wejściowego tworzą dzielnik napięcia, który może powodować, że napięcie na wejściu będzie wyższe niż próg, nawet przy otwartym przełączniku.

David Ladd
źródło
Pytanie dotyczy w szczególności rezystorów szeregowych , a nie równoległych.
Andrew Morton,