Анализ линии во временной области

Рассмотрим распространения информационного сигнала по линии передачи. Время распространения сигнала от начала до конца линии составляет:

, нс,

где t_d– удельная задержка распространения сигнала в линии, нс/м,lдлина линии, м.

Через интервал времени t_dlэлектромагнитная волна достигнет конца линии, где её энергия частично поглощается нагрузкой и частично отражается (в общем случае). К драйверу через интервал времени 2t_dlпридет отражённый импульс.

Совместив перепад напряжения на выходе драйвера с отражённым сигналом, можно получить три варианта суммарного сигнала.

Первый вариант: приход отраженного сигнала совпал с окончанием фронта информационного импульса, т.е. выдерживается соотношение

,

где t_d– удельная задержка распространения сигнала определяемая параметрами диэлектрической среды линии передачи, нс/м,l– погонная длина линии, м.

Длину линии, определенную из приведенного равенства, назовем критическойи обозначимl_cl. Её длина равна:

Этот параметр является своеобразным шаблоном, при помощи которого можно "рассортировать" линии на электрически длинные и короткие.

Пример. Определим критическую длину линии для полосковой линии в составе МПП (_r= 4) для сигнала с фронтом 1 нс.

Удельное время распространения сигнала определяется соотношением

, нс/м, т.е. t_d= 6,6 нс/м.

Откуда получаем критическую длину линии

.

Классификация линий передачи на плате проводится путем сравнения с полученной критической длиной следующим образом: при меньшей длине линия относится к электрически короткой, при большей длине к электрически длинной.

Второй вариант: отражённый сигнал пришёл до окончания фронта сигнала. Этот случай соответствует электрически коротким линиям, длина которых меньше критической. Для короткой линии справедливо неравенство:l_sl < l_cl, т.е. 2t_dl < t_r. Приход отраженного сигнала во время нарастания фронта информационного сигнала приводит к монотонному искажению фронта, что является типичным для короткой линии (рис. 7.8,а). Так же, как и при частотном подходе, для уверенной оценки вводят некоторый коэффициент запаса, и длина короткой линии в ответственных приложениях определяется из неравенстваl_sl < (0,1…0,2)l_cl.

Третий вариант: отраженный сигнал пришелся на плоскую часть импульса, что соответствует режиму электрически длинной линии, для которой справедливо следующее неравенство:l_ll  l_cl, т.е. 2t_dl > t_r(рис. 7.8,б). Этот режим является наиболее опасным и может привести к серьезным нарушениям целостности сигнала и тайминга.

а)

б)

Рис. 7.8. Примеры искажений сигнала: а – короткая линия; б – длинная линия

Самостоятельная работа Раздел 2.4. Раздел 3.1.

Контрольные вопросы

1. Идеальные компоненты общей модели линии передачи; их физическая суть.

2. Эффективная диэлектрическая проницаемость и ее определение.

3. Характеристики материалов и их влияние на параметры линии.

4. Классификация линий на электрически длинные и короткие.

Лекция 8. Помехи в одиночных линиях

1. Помехи в короткой линии

Эквивалентная схема электрически короткой линии передачи, которая соединяет две микросхемы, показана на рис. 8.1. Линия замещена электрической емкостью. Форма сигнала на входе микросхемы показана на рис. 8.2.

Рис. 8.1. Эквивалентная схема фрагмента цифрового узла с короткой линией передачи

Рис. 8.2. Системная задержка, вызванная короткой линией передачи

Уровень сигнала на входе микросхемы D2 определяется по выражению

.

где V_OH1уровень логической единицы,r_iвходное сопротивление микросхемы,r_o1выходное сопротивление микросхемыD1,_TLпостоянная времени линии передачи:

_TL = r_o1С

Системная задержка t= 0,7_TL. При проектировании следует минимизировать этот параметр.