เวลาเพิ่มขึ้นเกี่ยวข้องกับแบนด์วิดธ์ของสัญญาณอย่างไร


9

บอกว่าฉันต้องการ จำกัด เวลาที่เพิ่มขึ้นของขอบสัญญาณดิจิตอลของฉันเพื่อหลีกเลี่ยงการรับมือกับเอฟเฟกต์ของสายส่ง

ฉันจะกำหนดความถี่สูงสุดของฮาร์โมนิกส์ในสัญญาณได้อย่างไรโดยรู้ว่าเวลาเพิ่มขึ้นของฉันคือ 5 มิลลิวินาที

ฉันจะกำหนดความถี่มุมของตัวกรองความถี่ต่ำของฉันได้อย่างไรโดยรู้ว่าเวลาที่ถือบนชิปตัวรับคือ 10ns

ในวิกิพีเดียฉันพบสูตรแล้ว

BW=0.34trisอี

ใช้กับกรณีนี้หรือไม่?


แก้ไข

ฉันล้มเหลวในการทำให้ตัวเองชัดเจนดังนั้นฉันจะพยายามอธิบายแนวความคิดของฉัน

บอกว่าฉันมีสัญญาณ 30HMz และความยาวการติดตามของฉันต่ำกว่า 1/10 ของความยาวคลื่น ดังนั้นฉันไม่ต้องจัดการกับเอฟเฟกต์ของสายส่งในเรื่องนั้น แต่ขอบของฉันสูงชัน - 5ns นี่เป็นการเพิ่มส่วนประกอบความถี่สูงบางส่วนในสัญญาณของฉันที่อาจได้รับผลกระทบจากสายส่ง

ความคิดของฉันคือฉันชะลอความเร็วการเปลี่ยนผ่านไปยังจุดที่ฉันไม่ต้องรับมือกับปรากฏการณ์สายส่ง คำถามคือสองเท่า:

  • ฉันจะคำนวณเวลาขึ้น / ลงที่เร็วที่สุดที่มีความยาวร่องรอยที่กำหนดจะทำให้ฉันสามารถติดตามวงจรของฉันเป็น "ก้อน" ได้อย่างไร
  • ฉันจะชะลอเวลาการขึ้น / ตกได้อย่างไร

เวลาเพิ่มขึ้น / ตกคือเวลาที่แรงดันเปลี่ยนจาก 10% เป็น 90% ของค่าสูงสุด ฉันรู้วิธีคำนวณความเร็วสัญญาณโดยประมาณของบอร์ด FR4


ฉันเคยเห็นคำถามแบบนี้มาก่อนในเว็บไซต์นี้ แต่ฉันหามันไม่พบในตอนนี้
AndrejaKo

ฉันไม่สามารถหามันมากเกินไปเพื่อที่ว่าทำไมฉันขอ :)
miceuz

อัตราคมเป็นกลไกหลักสำหรับ EMI / RFI ดังนั้นมีเหตุผลที่ดีที่จะดูนี้ ตัวต้านทานแบบอนุกรมจะช่วยให้คุณทำงานช้าลงและไดรเวอร์บางตัวยังมีไดรฟ์ปัจจุบันที่เปลี่ยนแปลงได้และหรือการควบคุมอัตราความเร็ว
ตัวยึด

คำตอบ:


5

ไม่มีความสัมพันธ์แบบหนึ่งต่อหนึ่งระหว่างเวลาที่เพิ่มขึ้นและแบนด์วิดท์ ตัว จำกัด อัตราการเลื่อนเป็นตัวกรองที่ไม่ใช่เชิงเส้นดังนั้นจึงไม่สามารถกำหนดได้โดยตรงว่าเป็นตัวกรองความถี่ต่ำผ่านที่มีความถี่การหมุนที่ชัดเจน ลองคิดถึงมันในโดเมนเวลาและคุณจะเห็นว่าการ จำกัด อัตราการฆ่านั้นส่งสัญญาณตามสัดส่วนของแอมพลิจูด สัญญาณ 5 Vpp จำกัด ไว้ที่ 5 V / can'ts ไม่สามารถมีระยะเวลาสั้นกว่า 2 µs ณ จุดนี้มันจะเสื่อมสภาพไปเป็นคลื่นสามเหลี่ยม 500 kHz อย่างไรก็ตามหากความต้องการแอมพลิจูดเพียง 1 Vpp ดังนั้นขีด จำกัด คือคลื่นสามเหลี่ยม 2.5 MHz เนื่องจากแนวคิดของแบนด์วิดท์มีความชัดเจนน้อยลงเมื่อมีการกรองแบบไม่เป็นเชิงเส้นคุณจึงสามารถพูดคุยเกี่ยวกับมันได้อย่างดีที่สุดโดยประมาณ

คำตอบของคุณอาจแตกต่างกันมากขึ้นอยู่กับ "เวลาเพิ่มขึ้น" ที่แน่นอน นี่เป็นคำที่ไม่ควรใช้หากไม่มีคุณสมบัติบางประการ แม้แต่ตัวกรอง RC แบบเรียบง่ายก็มีเวลาเพิ่มขึ้นที่ไม่ชัดเจน การตอบสนองขั้นตอนของมันคือเลขชี้กำลังโดยไม่มีที่ใดเป็น "จุดสิ้นสุด" ที่ชัดเจน มันเป็นเวลาที่เพิ่มขึ้นจึงไม่มีที่สิ้นสุด หากไม่มีขีด จำกัด ว่าคุณจะต้องพิจารณาให้ใกล้ถึงจุดจบเท่าใดคำว่า "เวลาที่เพิ่มขึ้น" จะไม่มีความหมาย นี่คือเหตุผลที่คุณต้องพูดถึงเวลาที่เพิ่มขึ้นเป็นเศษส่วนเฉพาะของค่าสุดท้ายหรืออัตราการฆ่า

สมการที่คุณตั้งนั้นผิดอย่างน้อยก็ไม่มีคุณสมบัติ อาจพบได้ในหน้าเว็บที่คุณได้รับมา แต่การอ้างถึงข้อความนั้นอาจทำให้เกิดความผิดพลาดได้ คำถามของคุณใช้ไม่ได้ในรูปแบบปัจจุบัน

ที่เพิ่ม:

ตอนนี้คุณพูดแล้วว่าปัญหาที่แท้จริงคือการ จำกัด ความถี่สูงจากขอบที่แหลมคมเพื่อให้สัญญาณบางส่วนไม่เข้าสู่ช่วงความถี่ที่ลวดของคุณกลายเป็นสายส่ง สิ่งนี้มีน้อยโดยตรงกับเวลาที่เพิ่มขึ้น เนื่องจากปัญหาที่แท้จริงคือเนื้อหาความถี่จัดการกับสิ่งนั้นโดยตรง วิธีที่ง่ายที่สุดน่าจะเป็นตัวกรองสัญญาณความถี่ต่ำของ RC ตั้งค่าให้เลื่อนไปด้านบนความถี่สูงสุดที่น่าสนใจในสัญญาณและต่ำกว่าความถี่ที่ระบบของคุณไม่สามารถพิจารณาได้อีกต่อไป หากไม่มีช่องว่างความถี่ระหว่างสิ่งเหล่านี้คุณจะไม่สามารถทำสิ่งที่คุณต้องการ ในกรณีนี้คุณต้องใช้สัญญาณแบนด์วิดธ์ที่ต่ำกว่า, ลวดที่สั้นกว่าหรือจัดการกับลักษณะสายส่งของลวด

ในกรณีของคุณคุณบอกว่าความถี่สูงสุดที่น่าสนใจคือ 30 MHz ดังนั้นปรับตัวกรองให้เป็นอย่างนั้นหรือสูงกว่าเล็กน้อยสมมติว่า 50 MHz เพราะมันจะทำให้สัญญาณที่คุณต้องการไม่เสียหาย ความยาวคลื่น 50 MHz เป็นพื้นที่ว่าง 6 เมตร คุณไม่ได้บอกว่าสายส่งของคุณมีความต้านทานอะไร แต่เรามาคิดว่าการแพร่กระจายจะเป็นครึ่งหนึ่งของความเร็วแสงซึ่งทำให้ความยาวคลื่น 3 เมตรบนสายไฟ เพื่อความปลอดภัยเพียงเพิกเฉยต่อปัญหาสายส่งคุณต้องการให้ลวดมีความยาวคลื่น 1/10 หรือน้อยกว่าซึ่งคือ 300 มม. หรือประมาณหนึ่งฟุต ดังนั้นหากสายยาวหรือน้อยกว่าความยาวคุณสามารถเพิ่มตัวกรอง RC แบบง่ายที่ 50 MHz และลืมมันได้

เอฟเฟกต์ของสายส่งไม่เพียง แต่ปรากฎในช่วงเวทย์มนตร์ที่สัมพันธ์กับความยาวของเส้นลวดดังนั้นในระยะเวลานานเกินไปจะเป็นพื้นที่สีเทา ความยาวคลื่นสูงถึง 1/4 มักสั้นพอ หากเป็น "ยาว" สิ่งที่ดีที่สุดคือใช้ไดรเวอร์ที่ควบคุมความต้านทานและตัวปิดท้าย อย่างไรก็ตามนั่นยุ่งยากและลดทอนสัญญาณครึ่งหนึ่ง คุณจัดการกับแอมพลิจูดที่ต่ำกว่าที่เครื่องรับหรือเพิ่มที่เครื่องส่งก่อนที่จะถูกหารด้วยอิมพีแดนซ์การขับขี่และอิมพีแดนซ์ลักษณะสายเกียร์

วิธีการแก้ปัญหาที่ง่ายกว่าซึ่งอาจใช้การปรับแต่งแบบทดลองคือการใส่ตัวต้านทานขนาดเล็กเป็นชุดพร้อมไดรเวอร์และใช้งานได้ ที่จะสร้างตัวกรองความถี่ต่ำผ่านพร้อมความจุของสายเคเบิลและความจุจรจัดอื่น ๆ ที่อยู่รอบ ๆ มันไม่สามารถคาดการณ์ได้ว่าเป็น RC ที่จงใจ แต่ก็ง่ายและมักจะดีพอ


หากคุณไม่เห็นด้วยหรือคิดว่ามีบางอย่างผิดปกติก็จะเป็นประโยชน์หากอธิบายอย่างนี้
Olin Lathrop

ไม่ใช่ฉันที่ถูกลดระดับลง แต่มีความสัมพันธ์ระหว่างเวลาที่เพิ่มขึ้นและแบนด์วิดท์ซึ่งเรียกว่าการแปลงฟูริเยร์ สูตรที่ Op พูดถึงมาจากสิ่งนั้น (เป็นการทำให้เข้าใจได้ง่าย)
Gustavo Litovsky

1
@OlinLathrop ฉันเปลี่ยนคำถามเป็นเสียงเหมือนที่ฉันรู้ว่าฉันกำลังพูดถึงอะไร
miceuz

@ gl38: คุณไม่สามารถอธิบายความสัมพันธ์ระหว่างสองคุณสมบัติได้จนกว่าจะมีการกำหนดคุณสมบัติเหล่านั้น เพียงแค่ "เวลาเพิ่มขึ้น" ไม่ได้ถูกกำหนดจริงๆดังนั้นคุณจึงไม่สามารถบอกได้ว่ามันเกี่ยวข้องกับความถี่อย่างไรและแน่นอนไม่สามารถเริ่มทำการแปลงฟูริเยร์ได้
Olin Lathrop

@Olin: คุณสามารถกำหนดฟังก์ชั่นทางคณิตศาสตร์ที่สร้างพัลส์เทียบเท่าโดยใช้เวลาเพิ่มขึ้นเท่ากันจากนั้นคุณทำการแปลงฟูริเยร์ จากนั้นคุณจะได้รับคลื่นความถี่และข้อมูลเกี่ยวกับแบนด์วิดท์ คุณพูดถูกว่าเขาต้องกำหนดเวลาการขึ้นจริง แต่โดยปกติแล้วจะเพิ่มขึ้น 10% ถึง 90%
Gustavo Litovsky

4

สูตรนั้นเป็นสิ่งที่เรามักเรียกว่าความถี่หัวเข่า มันขึ้นอยู่กับเวลาที่เพิ่มขึ้นของสัญญาณ 10% -90% และมักจะใช้เป็นค่าประมาณเพื่อบอกเราว่าความถี่สูงสุดที่น่าสนใจอาจเป็นสัญญาณดิจิตอลที่เรากำลังใช้อยู่ หรือกล่าวว่าเป็นวิธีที่ดีกว่าที่สามารถพบปริมาณพลังงานความถี่สูงส่วนใหญ่ของสัญญาณนั้นได้ หากช่องทางของคุณสามารถส่งผ่านแบนด์วิดท์นั้นในทางทฤษฎีแล้วคุณจะไม่เห็นการลดลงของเวลาหรือการเพิ่มขึ้นของสัญญาณ แน่นอนในทางปฏิบัติมีสิ่งอื่น ๆ เช่นภาพสะท้อนที่สามารถส่งผลกระทบต่อสัญญาณของคุณ ที่นี่ Tom D ที่ Mentor ให้คำอธิบายที่ดีเกี่ยวกับ SI-LIST

ฉันสนใจที่จะทราบความยาวและวัสดุที่ใช้สำหรับช่องของคุณมากขึ้น มันนานพอหรือไม่ที่คุณต้องพิจารณาถึงผลกระทบของสายส่ง (ยาวกว่าหนึ่งในสี่ของความยาวคลื่นบางคนอาจพูดว่าความยาวคลื่น 1 / 6th) ฉันไม่รู้ว่าคุณกำลังทำอะไรจากโพสต์ของคุณดังนั้นเพียงแค่พยายามให้คำแนะนำทั่วไป พยายามที่จะชะลอเวลาการเพิ่มขึ้นของคุณในบางวิธีถ้าคุณไม่ต้องการมันและในตัวของมันเองก็ไม่ใช่ความคิดที่ไม่ดีนักหากไดรเวอร์ของคุณสามารถจัดการกับตัวกรองที่คุณใช้โดยไม่ต้องเป่า

ทำไมไม่เพียงให้แน่ใจว่าคุณใช้โครงสร้างสายเคเบิล / สายเคเบิลที่เหมาะสมและยุติอย่างถูกต้อง? ฉันแน่ใจว่าคุณมีเหตุผลสำหรับโครงการของคุณดังนั้นเพียงแค่ข้อเสนอแนะ;)


ขอบคุณสำหรับคำอธิบายเกี่ยวกับปริมาณพลังงาน ฉันไม่ได้สร้างอะไรโดยเฉพาะแค่พยายามปิดหัวเรื่องปัญหาด้วยการกำหนดเส้นทางสัญญาณดิจิตอลความเร็วสูงและวิธีจัดการกับมันฉันรู้เรื่องกฎความยาวคลื่น 1 / nth แล้ว
miceuz

ถ้าคุณไม่มีหนังสือดี ๆ สองเล่มที่จะมีก็คือ Signal and Power Integrity ที่ทำให้ Eric Bogatin ง่ายขึ้นหรือการออกแบบดิจิทัลความเร็วสูงโดย Howard Johnson เว็บไซต์ของพวกเขาจะสวยดีที่จะbethesignal.com/bogatin/index.phpและsigcon.com/Pubs/pubsKeyword.htm ฉันได้เรียนรู้อะไรมากมายเมื่อฉันเริ่มอ่านหนังสือเหล่านั้นใน sigcon นอกจากนี้คุณอาจต้องการเข้าร่วมfreelists.org/archive/si-listเป็นรายชื่ออีเมลของ SI จำนวนมากที่จะตอบคำถามหรือเพียงแค่สถานที่ที่จะเรียนรู้
Guy ฮาร์ดแวร์บางคน

1

สูตรที่คุณอ้างถึงใช้สำหรับ BW สัญญาณที่จะเกี่ยวข้องกับการปล่อยจากขอบ และมีข้อสันนิษฐานบางอย่างที่สร้างขึ้นมาเช่นสัญญาณดิจิตอลส่วนใหญ่ในการแกว่งกลางดูเหมือนว่าแหล่งกระแสในตัวเก็บประจุ (เช่นลาดเชิงเส้น) ที่เรียวลงที่ด้านบนและล่าง นอกจากนี้ยังสามารถใช้งานได้กับสายส่งของคุณสำหรับการสะท้อนแสงและอื่น ๆ อีกมากมาย

แต่มันไม่ได้พูดกับเสียงประสานซึ่งจะเป็น ~ 1 / t (เพิ่มขึ้น) นั่นคือคุณจะเห็นสเปอร์ส 200 MHz ในสเปกตรัม

สำหรับเครื่องรับสัญญาณคุณจะต้องดูที่แผนภาพตาเพื่อให้แน่ใจว่าคุณมีเวลาเพียงพอ และนี่คือสถานการณ์โดเมนเวลา ดังนั้นคุณสามารถมีองค์ประกอบของวงจรที่ช่วยตอบสนองเวลาของคุณและไม่สามารถมองเห็นได้ในด้านความถี่ของสิ่งต่าง ๆ ดังนั้น BW ของคุณสามารถใช้เพื่ออธิบายสิ่งต่าง ๆ ในการโต้ตอบกับเวลาพัก แต่คุณไม่สามารถหาเวลาค้างโดยตรงจาก BW ได้ การสร้างแบบจำลองหรือทดสอบม้านั่งเป็นวิธีที่จะไปที่นี่


-1

ไม่แน่ใจว่าฉันอ่านโพสต์ทั้งหมดอย่างครบถ้วน แต่เกี่ยวกับโพสต์ดั้งเดิม (จากคนที่มีเวลาเพิ่มขึ้น 5ns) คุณควรอ่านหนังสือโดย Dr. Howard Johnson หรือ Lee Ritchey พวกเขาอธิบายรายละเอียดนี้

อย่าพยายามทำให้สัญญาณช้าลงไม่จำเป็นต้องทำสิ่งนั้นยกเว้นในกรณีพิเศษ

หากคุณต้องการหลุดพ้นจากทฤษฎีและค้นหาวิธีแก้ปัญหาที่ใช้ได้จริงคุณสามารถใช้สิ่งนี้: หากความยาวของการติดตามมีความยาวมากกว่า 1/5 ของเวลาบินที่แสดงโดยช่วงเวลาเร่งด่วนของขอบคุณจะมีสายส่งและ ต้องเลิกจ้าง ในกรณีที่ใช้งานจริงโดยใช้ FR4 หรือวัสดุที่เทียบเท่ากับค่าคงที่ไดอิเล็กทริกประมาณ 4 ถึง 4.6 เวลาเดินทางประมาณ 5.5 นิ้วต่อนาโนวินาที สำหรับช่วงเวลาที่เพิ่มขึ้น 5ns คุณจะมีการเปลี่ยนแปลงขอบที่ยาวประมาณ 27.5 นิ้ว ถ้าคุณใช้เวลา 1 / 5th ของที่คุณได้รับ 5.5 นิ้ว ดังนั้นหากการติดตาม PWB ของคุณมีความยาวมากกว่า 5.5 นิ้วคุณควรใช้ตัวต้านทานแบบยุติเพื่อให้ตรงกับอิมพิแดนซ์ (สำหรับการเชื่อมต่อแบบจุดต่อจุด)

หากคุณมีร่องรอย 50 โอห์มตัวต้านทานควรเป็น 50 โอห์มลบกับอิมพีแดนซ์ต้นทางของไดรเวอร์ (สำหรับการยกเลิกซีรีย์คลื่นที่สะท้อนกลับ) เริ่มต้นด้วยตัวต้านทาน 20 โอห์ม หากคุณได้รับเกินกำหนดมากเกินไป (มากกว่า 5%) ทำให้ใหญ่ขึ้นถ้าคุณได้รับการรีดขอบทำให้มันเล็กลง ไม่จำเป็นต้องสมบูรณ์แบบเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดี เป็นการดีที่ใช้ซอฟต์แวร์ Hyperlynx เพื่อจำลองและใกล้เคียงกับผลลัพธ์ที่สมบูรณ์แบบทุกครั้ง

BTW ซึ่งเป็นสมการ. 34 / Trise เป็นสมการที่ถูกต้องสำหรับการใช้งานจริง และเวลาที่เพิ่มขึ้นนั้นโดยทั่วไปจะตกลงกันเป็นเวลาตั้งแต่ 10% ถึง 90% ของแรงดันสัญญาณ (ข้อยกเว้นใด ๆ ที่ไม่ได้ใช้กับสิ่งที่คุณกำลังทำ) เพื่ออนุรักษ์นิยมในการออกแบบของคุณใช้. 5 / Trise


BTW - การสนทนานี้ไม่เกี่ยวกับความยาวคลื่นของพลังงานในสัญญาณมันเป็นเรื่องของการชะลอการแพร่กระจายของ PWB
Charles F

1
ยินดีต้อนรับสู่ EE.SE, Charles ไม่จำเป็นต้องแสดงความคิดเห็นในโพสต์ของคุณเอง คุณสามารถแก้ไขได้
ทรานซิสเตอร์
โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.