¿Recuerdo haber leído esto en algún lugar pero no puedo encontrar la relación entre el tiempo de subida y el tiempo de propagación (es decir, la longitud del trazo) de una señal cuando los efectos de la línea de transmisión entran en vigor?
Por ejemplo, si tengo un bus SPI corriendo a 12.5MHz. Si se ejecuta unos pocos centímetros a través de la traza de PCB, no es una línea de transmisión, sino a qué longitud se convierte en una línea de transmisión (al menos en teoría). ¿Cómo calcular eso?
El límite entre los sistemas agrupados y distribuidos no está bien definido, pero hay algunos valores comúnmente utilizados. Para sistemas distribuidos, se requiere la teoría de líneas de transmisión.
La distinción generalmente se hace en función de la longitud efectiva de una señal o la característica de una señal como un borde. Por lo tanto, es importante considerar el tiempo de subida y caída de una señal y no la frecuencia. Sin embargo, la frecuencia impone un límite superior en el tiempo de subida.
En el aire, una señal viaja con aproximadamente 85ps / in (~ 33ps / cm). El retraso de propagación depende de la constante dieléctrica, es proporcional a la raíz cuadrada de la misma. Para un PCB con una constante dieléctrica de 4 (como FR4 que está en el rango de 3 a 5) el retardo de propagación se duplica.
Un flanco ascendente con un tiempo de subida de 1ns ocuparía una longitud de traza de 1ns / (2 * 85ps) ~ 6in (~ 15cm). En el lado de la conducción, la señal ya es alta cuando, a una distancia de 6 pulgadas, comienza a aumentar.
Por lo tanto, una pista de 6 pulgadas (15 cm) claramente es demasiado larga, ya que el potencial varía de bajo a alto a lo largo de la pista.
Si la longitud de la pista está entre 1/6 o 1/4 de la longitud efectiva de una entidad como un borde, un sistema puede considerarse agrupado.
Entonces, el límite superior para el ejemplo dado anteriormente es entre 6 pulgadas / 6 (= 1 pulgada, ~ 2.5 cm) y 6 pulgadas / 4 (= 1.5 pulgadas, ~ 4 cm) para una traza en una PCB con una constante dieléctrica de 4 .
Para señales analógicas (ondas sinusoidales, digamos), la regla de oro que me enseñaron es que cuando la longitud de la línea es 1/8 de la longitud de onda, debe tratarlo como una línea de transmisión. Hablando en términos prácticos, la velocidad de propagación de una onda electromagnética está determinada por el dieléctrico en el que se encuentra la onda. Para PCB, generalmente es alrededor de C / 2, donde C es la velocidad de la luz en el espacio. Su longitud de onda será más corta por el mismo factor de escala (longitud de onda en espacio libre / 2). Entonces una señal de 100 MHz sería de 3 metros en espacio libre. 1.5 metros en una PCB. Y 1/8 de eso es 18.75 cm.
Para las señales digitales, hay varias formas alternativas de verlo. Una forma es el tiempo de subida y el ancho de banda. La idea básica es que utiliza el tiempo de subida para estimar el ancho de banda, luego usa la regla de señal analógica anterior, pero con el ancho de banda como la frecuencia. La justificación para esto es que la ola puede reproducirse con cierta precisión siempre que tenga la mayoría del BW. Así que la frecuencia significativa más alta en la señal viene dada por el BW.
La regla de oro que he visto es que BW = 0.35 / TR. BW es ancho de banda en GHz y TR es tiempo de subida en nanosegundos. Esta fórmula utiliza el tiempo de subida 10/90. Entonces, si su tiempo de subida es de 10 ns, entonces su BW es 0.35 / 10 = 0.035 GHz = 35 MHz.
Otra forma de verlo es que desea que el tiempo de vuelo de ida y vuelta de su señal sea sustancialmente menor que el tiempo de subida. Esto significa que las reflexiones volverán a la fuente mientras la señal sigue subiendo o bajando. Reflexiones como esta no harán que los bordes ascendentes y descendentes se vean dentados o tengan "estantes" en ellos. Seguirán siendo suaves.
Espero que esto ayude.
Lea otras preguntas en las etiquetas transmission-line rise-time