002 Linia Dluga

background image

Linia Długa

Technika Cyfrowa i

Impulsowa

Ernest Jamro

C3-504, tel. 6172792

Katedra Elektroniki

Akademia Górniczo-Hutnicza

background image

Kiedy linia długa:

Rozproszoną pojemność, indukcyjność i rezystancje
już nie możemy traktować jako pojedyncze
elementy ale musimy rozważać że są one
rozproszone – składają się z nieskończonej liczby
małych elementów

Przyjmuje się że jeżeli długość linii

należy już stosować linię długą, (- długość fali

)

V- prędkość fali – z reguły V=c (prędkość światła
c= 310

8

m/s)

4

l

f

V

f

c

l

4

background image

Elementy rozproszone

t

u

C

Gu

x

i

t

i

L

Ri

x

u

Dla linii
bezstratnej
pomija się R i G

R – rezystancja na jednostkę
długości linii [Ω/m] –
reprezentująca wszelkie straty
cieplne w obu przewodach linii

L – indukcyjność na jednostkę
długości linii [H/m]–
reprezentująca pole
magnetyczne obu przewodów
linii

C – pojemność na jednostkę
długości linii [F/m]–
reprezentująca pole elektryczne
w dielektryku między
przewodami linii

G – upływność na jednostkę
długości linii G [S/m] –
reprezentująca ewentualne
straty cieplne w dielektryku.

)

0

,

(

)

,

(

)

(

)

,

(

)

0

,

(

)

,

(

)

(

)

,

(

x

u

C

s

x

U

sC

G

dx

s

x

dI

x

i

L

s

x

I

sL

R

dx

s

x

dU

background image

Równanie linii

0

)

(

0

)

(

2

2

2

2

2

2

2

2

x

i

RGi

t

i

LG

RC

t

i

LC

x

u

RGu

t

u

LG

RC

t

u

LC

stratna

0

0

2

2

2

2

2

2

2

2

x

i

t

i

LC

x

u

t

u

LC

bezstratna

background image

Impedancja Falowa Linii

Długiej

sC

G

sL

R

Z

0

Dla linii bezstratnej

C

L

Z

0

)

0

,

(

)

,

(

)

(

)

,

(

)

0

,

(

)

,

(

)

(

)

,

(

x

u

C

s

x

U

sC

G

dx

s

x

dI

x

i

L

s

x

I

sL

R

dx

s

x

dU

background image

Stała propagacji

(współczynnik

przenoszenia)

j

C

j

G

L

j

R

)

)(

(

Dla linii bez strat

j

LC

j

 - współczynnik tłumienia ( dla linii bez strat

wynosi 0)

 - współczynnik przesunięcia (dla linii bez strat

wynosi )

)

)

(

)

(

(

2

1

2

2

2

2

2

LC

RG

C

G

L

R

)

)

(

)

(

(

2

1

2

2

2

2

2

LC

RG

C

G

L

R

LC

background image

Stała propagacji

background image

Prędkość rozchodzenia

Dla linii bez strat

Czas propagacji przez linię:

r

r

c

LC

V



1

1

V

l

background image

Współczynnik odbicia

0

0

Z

Z

Z

Z

G

G

g

0

0

Z

Z

Z

Z

L

L

L

Współczynnik
odbicia na
wejściu

Współczynnik
odbicia na
wyjściu

background image

Rodzaje linii długich

background image

Równanie rozchodzenia

się fali

s

L

g

l

x

s

L

l

x

s

g

g

s

L

g

l

x

s

L

l

x

s

g

g

e

e

e

Z

Z

s

E

s

x

e

e

e

Z

Z

Z

s

E

s

x

i

u

2

)

2

(

0

_

2

)

2

(

0

0

_

1

1

)

(

)

,

(

1

)

(

)

,

(

...

)

(

)

,

(

)

4

(

2

)

2

(

)

2

(

0

0

_

l

x

s

L

g

l

x

s

L

g

l

x

s

L

l

x

s

g

g

e

e

e

e

Z

Z

Z

s

E

s

x

u

Rozwinięcie w szereg:

Dla t<
Dla < t <2
Dla 2< t <3
Dla 3< t <4

Początek: x=0; koniec: x=l

l

x

s

g

g

e

Z

Z

Z

s

E

s

x

u

0

0

_

)

(

)

,

(

)

2

(

0

0

_

1

)

(

)

,

(

l

x

s

L

g

g

e

Z

Z

Z

s

E

s

x

u

)

2

(

0

0

_

1

)

(

)

,

(

l

x

s

g

L

L

g

g

e

Z

Z

Z

s

E

s

x

u

)

(

1

c

t

e

sc

)

4

(

2

0

0

_

1

)

(

)

,

(

l

x

s

g

L

g

L

L

g

g

e

Z

Z

Z

s

E

s

x

u

background image

Metoda Bergerona

background image

Inne podejście do

równania

...

)

(

)

,

(

)

4

(

2

)

2

(

)

2

(

0

0

_

l

x

s

L

g

l

x

s

L

g

l

x

s

L

l

x

s

g

g

e

e

e

e

Z

Z

Z

s

E

s

x

u

...

)

1

(

)

1

(

)

1

(

)

(

)

,

(

...

)

(

)

(

)

(

1

)

(

)

,

0

(

2

2

5

3

0

0

2

2

6

4

2

0

0

L

g

L

s

L

g

L

s

L

s

g

g

g

L

L

g

L

s

g

L

L

g

L

s

g

L

L

s

g

g

e

e

e

Z

Z

Z

s

E

s

l

x

U

e

e

e

Z

Z

Z

s

E

s

x

U

Dla początku i końca

(...)))

1

(

1

(

1

)

(

)

,

(

(...)))

(

(

1

)

(

)

,

0

(

2

2

2

0

0

2

2

2

0

0

g

L

s

L

g

L

s

L

g

L

s

L

s

g

g

g

L

s

g

L

L

g

L

s

g

L

L

s

g

g

e

e

e

e

Z

Z

Z

s

E

s

l

x

U

e

e

e

Z

Z

Z

s

E

s

x

U

Stały współczynnik mnożący:

g

L

s

e

2

background image

Równanie dla prądu

...

)

(

)

,

(

)

4

(

2

)

2

(

)

2

(

0

_

l

x

s

L

g

l

x

s

L

g

l

x

s

L

l

x

s

g

g

e

e

e

e

Z

Z

s

E

s

x

i

Zmiana znaku dla fali odbitej od
obciążenia

Inne podejście do równania

:

background image

Napięcie/prąd w stanie

ustalonym

g

L

g

g

L

L

g

Z

Z

E

l

x

t

i

x

t

i

Z

Z

Z

E

l

x

t

u

x

t

u

)

,

(

)

0

,

(

)

,

(

)

0

,

(

Początek linii

Koniec linii

Napięcie i prąd zachowują się tak jakby linię długą
zastąpić zwykłym przewodem

background image

Przykład przebiegu

czasowego

Z

g

= 50; Z

0

= 75, Z

L

= (rozwarcie), E

g

= 1(t)

1

2

.

0

125

25

0

0

0

0

L

L

L

L

L

g

g

g

Z

Z

Z

Z

Z

Z

Z

Z

Z

Z

984

.

0

)

04

.

0

6

.

1

(

6

.

0

)

1

(

)

0

(

6

4

96

.

0

)

2

.

0

8

.

1

(

6

.

0

)

1

(

)

(

5

3

08

.

1

)

2

.

0

2

(

6

.

0

)

1

(

)

0

(

4

2

2

.

1

2

6

.

0

)

1

1

(

125

75

)

1

(

)

(

3

6

.

0

125

75

)

0

(

2

0

2

2

2

0

0

2

0

0

0

0

0

0

0

0

g

L

g

L

g

L

L

g

g

g

L

g

L

L

g

g

g

L

L

g

g

L

g

g

g

g

Z

Z

Z

E

x

u

t

Z

Z

Z

E

l

x

u

t

V

Z

Z

Z

E

x

u

t

V

Z

Z

Z

E

l

x

u

t

V

Z

Z

Z

E

x

u

t

1

)

(

g

L

L

g

Z

Z

Z

E

t

u

background image

Przykład cd.

2

4

6

0.6V

1.08V

0.984V

t

U(x=0)

3

5

1.2V

0.96V

t

U(x=l)

1V

1.008V

7

/2

5/2

9/2

0.96V

t

U(x=l/2)

1.008V

0.6V

1.2V

1.08V

3/2

0.984V

7/2

11/2

1V

1V

background image

Dopasowanie

impedancyjne

0

0

0

0

0

0

0

0

Z

Z

Z

Z

Z

Z

Z

Z

Z

Z

Z

Z

L

L

L

L

g

g

g

g

Dopasowanie na wejściu

...

)

(

)

,

(

)

4

(

2

)

2

(

)

2

(

0

0

_

l

x

s

L

g

l

x

s

L

g

l

x

s

L

l

x

s

g

g

e

e

e

e

Z

Z

Z

s

E

s

x

u

Dopasowanie na wyjściu

Brak odbić

background image

Obciążenie reaktancyjne

Założenie –
dopasowanie na
wejściu.

Można stosować
metodę: czoła i
grzbietu

Do obliczania stałej
czasowej zakłada
się, że linia długa
ma impedancję Z

0

background image

Czwórnik dopasowujący

Z

1

Z

2

Z

1

Z

1

<

Z

2

R

1

R

2

Z

1

= R

1

+ (R

2

|| Z

2

)

Z

2

= R

2

|| (R

1

+ Z

1

)

Warunek dopasowania

Współczynnik tłumienia:

2

2

2

2

1

2

1

||

)

||

(

Z

R

Z

R

R

U

U

we

wy

V

background image

Metody dopasowania linii

Linia długa

R

Linia długa

V

DD

R

Moc tracona na rezystorze dla V

DD

=5V oraz

dla R=Z

o

=50,

P=V

DD

2

/R= 25/50= 0.5W

(przy założeniu przeciwnego stanu do stanu
podłączenia rezystora)

background image

Dopasowanie linii długiej

Liniia długa

V

DD

R

1

R2

2

1

2

1

2

1

||

R

R

R

R

R

R

Z

o

Dla R

1

=R

2

, Z

o

=50, V

DD

=5V otrzymujemy:

R

1

=R

2

= 100 ;

Moc tracona w rezystorach R

1

i R

2

(przy braku obciążenia) wynosi V

DD

=5V :

P= 125mW

Dla V

DD

=3.3V otrzymujemy P= 54mW

Dla V

DD

= 2.5V otrzymujemy P= 31mW

Moc tracona w rezystorach R

1

lub R

2

(przy wymuszeniu 0 lub 1) wynosi

V

DD

=5V: P= 250mW

Dla V

DD

=3.3V otrzymujemy P= 109mW

Dla V

DD

= 2.5V otrzymujemy P= 63mW

R

U

P

2

background image

Lepsza metoda

dopasowania

Linia długa

V

DD

/2

R

1

Linia długa

R

C

Moc dla stanu wysokiej impedancji: P=0W

Dla stanu 0 lub 1:

Moc tracona na rezystorze dla V

DD

=5V oraz

dla R=Z

o

=50,

W

R

V

R

U

P

DD

125

.

0

50

)

2

5

(

)

2

(

2

2

2

background image

LVDS (Low-Voltage Differential

Signaling)

Standard umożliwiający bardzo szybki transfer
danych. W ramach jednego połączenia używa się 2
fizycznych linii (czasami 4 aby umożliwić transfer
w dwóch kierunkach)

background image

LVDS – poziomy napięć

Różnica napięć to tylko 0.3V przez co zmniejsza się moc
tracona na rezystorze oraz zmniejsza się emisja fal
elektromagnetycznych (zakłóceń), mniej gwałtownie
zmienia się napięcie, przez co odbicia na linii długiej są
mniejsze i częstotliwość pracy może być większa.

Dwie bardzo blisko prowadzone linie powodują że
zewnętrze zakłócenie się równoważy

background image

How to use Transmission

Lines

• Special Case for Balanced Differential Signals

– Connect shields together

Balanced = equal and opposite
That is for AC components:

(+OUT) = -(-OUT)

+

-OUT

GND

100 ohms

+OUT

+

“sees” 50 ohms immediately
between core and shield

“sees” 50 ohms immediately
between core and shield

background image

LVDS – gdzie używane:

Standardy szeregowe

Serial ATA SATA1- 1.5 Gb/s; SATA2 – 3Gb/s

FireWire (

IEEE

1394 ) 400Mb/s (1600Mb/s)

Standardy równoległo/szeregowe

RocetIO – do łączenia układów scalonych, 6.25Gb/s /linię

PCI-Express 2.5Gb/s / linie – dla 16linii= 4GB/s

ver2: 5Gb/s/linię;

HyperTransport: 200Mb/s – 2.6Gb/s / linie

background image

XDR Rambus

•DRSL (Differential Rambus Signaling Level) is a low-voltage, low-power, differential signaling
standard that enables the scalable multi-GHz, bi-directional, and point-to-point data busses that
connect the XIO cell to XDR DRAM devices. XDR memory solutions also use the Rambus
Signaling Level (RSL) standard developed originally for the RDRAM® memory interface,
enabling up to 36 devices connected to the source-synchronous, bussed address and command
signals.

•ODR (Octal Data Rate) is a technology that transfers eight bits of data on each clock cycle,
four times as many as today's state-of-the-art memory technologies that use DDR (Double Data
Rate). XDR data rates are scalable to 8.0 GHz.

FlexPhase

deskew circuits eliminate any systematic timing offsets between the bits of an XDR

memory interface data bus. With a resolution of 2.5ps (at 3.2 GHz) and a maximum range of
over 10 ns, the FlexPhase technology eliminates the need to match trace lengths on the board
and package. FlexPhase also dynamically calibrates out on-chip clock skew, driver/receiver
mismatch, and clock standing wave effects allowing lower system cost designs.

•Dynamic Point-to-Point (DPP)
technology maintains the signal
integrity benefits of point-to-point
signalling on the data bus while
providing the flexibility of capacity
expansions with module upgrades.
Memory modules can be dynamically
reconfigured to support different data
bus widths, allowing a memory
controller with a fixed data bus width to
connect to a variable number of
modules.

background image

Phase Lock Loop (PLL)

Delay Lock Loop (DLL)

PLL

DLL

Clk_in

Phase Detector

Mux

Up/Down Counter

Clk_out

sel

Delay element

background image

Buforowanie sygnału

zegarowego

CLK_IN

DLL OUT
CLK_FB

we

wy

we

wy

bufor

opóźnienie

background image

Dystrybucja sygnału

zegarowego

Litera H

Małe przesunięcie zegara – ang.
Low skew

Ale duże opóźnienie zegara

background image

How to use Transmission

Lines

• Eliminate reflective features

larger than 1/10

th

of a wavelength

• Avoid impendence changes

OK

BAD

1/10

th

waveleng
th

1/10

th

waveleng
th

45 deg

45 deg

background image

Kondensator przy

zasilaniu

Praktycznie każdy układ cyfrowy wymaga użycia
kondensatora pomiędzy napięciem zasilania a
masą. Kondensator tej jest potrzebny ponieważ
układy cyfrowe wymagają bardzo dużych
chwilowych prądów (szpilek) zasilania podczas
przełączania.

background image

Signal return path

issues (decoupling)

• Every High Frequency input and output

All AC current out/in must return to both
“nearby” supplies

OUT

VCC

VEE

Load

ground path – minimum length!

“Decoupling
Capacitor” –
Must be a “short” at signal frequency

background image

PCB view – power planes

background image

Reduction of the ESL

background image

Non-Ideal Capacitor

ESR - equivalent series
resistance

background image

Collection of the

capasitors


Document Outline


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Sygnaly i systemy 2FD Linia dluga, Studia, Semestr 1, Sygnały i Systemy, Sprawozdania
linia dluga
Linia dluga id 268593 Nieznany
cwiczenie 5 linia dluga id 1254 Nieznany
opracowanie A1 linia długa v2, WFiIS
Linia długa
Linia długa, ►Studia, Semestr 4, Elektrotechnika instrukcje
linia długa
Linia dluga st pracy
Linia dluga
Linia długa, Teleinformatyka
zadanie rok 2 linia dluga
ld1 linia długa zadania i wyniki
Linia długa 2, Teleinformatyka
linia dluga
Tabelka pomiarowa linia długa

więcej podobnych podstron