Velocidad de varios prototipos de sistemas para electrónica digital

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Me gustaría recibir algunos consejos sobre las frecuencias de señal digital con las que podría trabajar para proyectos de pasatiempos.

Le pregunté a esta pregunta reciente sobre cómo interactuar con una chip de memoria de una fpga como un proyecto de hobby. Las respuestas son todas muy buenas, pero me hicieron darme cuenta de que tengo algo más que aprender antes de intentar un proyecto. Creo que probablemente podría crear el diseño que quiero en verilog, pero primero tengo mucho que aprender sobre diseño físico.

Me doy cuenta de que esta pregunta es bastante vaga, pero todo lo que busco es una respuesta de un orden de magnitud para tener una idea de qué proyectos podrían ser viables para mí.

Puedo comprar un fpga en una tabla de ruptura para poder conectar los cables a una placa de pruebas para experimentar. Me imagino que para encender un LED no habría problemas con esto. Me imagino que probablemente podría hacer funcionar I2C (ya que he hecho cosas similares con los microcontroladores). Probablemente podría obtener una interfaz para un chip de memoria estática que funcione en un Mhz o algo así, ¿quizás? Me imagino que interactuar con un chip de memoria a 133MHz tendría cero posibilidades de funcionar. Suponiendo que tenga cuidado con las conexiones, el cableado, etc., ¿cuál es la frecuencia más alta que vale la pena dedicar tiempo a intentar que un proyecto de pasatiempo funcione en una configuración de este tipo?

Supongo que si hago una pcb casera podría trabajar con frecuencias algo más altas. ¿Qué tipo de frecuencias tendría que ir más allá antes de que realmente tenga que saber qué estoy haciendo para diseñar tableros de alta frecuencia?

Si obtuviera un tablero hecho profesionalmente, me imagino que probablemente podría hacerlo funcionar un poco más rápido, pero más allá de eso necesitaría educarme mucho más para saber cómo hacer que funcione de manera confiable con señales de alta velocidad.

Una vez más, no estoy buscando cifras exactas, solo cifras de orden de magnitud para evitar que pierda el tiempo en algo que nunca va a funcionar.

    
pregunta John Burton

3 respuestas

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¡Ahora esa pregunta abrirá una lata de gusanos! Básicamente, no hay manera de responder con precisión esa pregunta porque hay muchos factores involucrados. Dicho esto ...

La respuesta "rápida" es que no me preocuparía hasta que las frecuencias de la señal se acercaran a 1 MHz. Entre 1 y 10 MHz sería muy cuidadoso. Y por encima de 10 MHz tendría un PCB hecho. Por supuesto, hay excepciones, y esto es lo que haría I , etc. Pero como un orden de magnitud aproximado para comenzar, funciona.

Hay muchos problemas relacionados con esto, y trataré de cubrirlos aquí ...

Como han dicho otros, no es la frecuencia de la señal sino el tiempo de subida / bajada de los bordes de la señal. Si puede reducir la velocidad de los bordes (pero no demasiado), tendrá un tiempo más fácil. Los FPGA son excelentes para esto porque puede cambiar la velocidad de giro y la potencia de la unidad de los pines de E / S. En un sistema síncrono, esto es más importante en las líneas del reloj que en las líneas de datos (no estoy diciendo que los datos no sean importantes, sin embargo).

Si bien es importante realizar la terminación correcta de la señal, no se puede hacer la terminación de la señal sin conocer la impedancia característica del cable. Y en un sistema de tipo de tablero no sabrá cuál es la impedancia, no importa cuánto lo intente. En este caso, simplemente terminarás jugando con él hasta que funcione.

Preste atención a las rutas de retorno de la señal y las corrientes de bucle. Esto va a desempeñar el papel más importante en la ejecución rápida del sistema. Por supuesto, esto es casi imposible de hacer correctamente con una placa de pruebas, pero esas son las rupturas. Esta es la razón por la que las personas usan los planos de poder / gnd y PCB de 4+ capas.

He ejecutado PCIe (2,5 GHz) a través de alambre enrollado durante aproximadamente 5 pulgadas. Y corrí PCIe sobre un cable "disponible comercialmente" de 12 pulgadas. Para que pueda obtener un buen rendimiento de cable. Todo está en cómo lo usas.

Una buena placa de pruebas puede funcionar más rápido que una mala PCB de 2 capas.

Por supuesto, la mayoría de las piezas modernas están en paquetes que requieren una PCB.

    
respondido por el user3624
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Bien, aquí es cómo decides. Desde un nivel básico, solo necesita determinar si está tratando con Líneas de transmisión . Como dice el artículo, siempre que el cable sea menor que 1/10 de la longitud de onda de la señal, no debe tener en cuenta los efectos de la línea de transmisión.

La velocidad de la luz es de \ $ 10 ^ 8 \ $ metros por segundo. Por ejemplo, a 100MHz, lo que equivale aproximadamente a un tiempo de subida de 1 nS, tendría que preocuparse por alrededor de \ $ \ frac {10 ^ 8} {(10 * 10 ^ 8)} \ $ metros. Esto significa 10 centímetros. No tan lejos, pero lo suficientemente lejos.

Esto no significa que pueda tratar los cables como ideales siempre que estén por debajo de ese punto. Aún debe determinar su inductancia y capacitancia y determinar si sonarán. Con un circuito LC simple, una resistencia en paralelo con el capacitor detendrá las oscilaciones. Esta es una teoría de nivel inferior, pero para muchos también es complicada, por lo que las placas de mayor frecuencia se convierten en un problema antes de que las líneas se conviertan en líneas de transmisión.

En resumen, creo que puedes hacer 100 MHz, usar un plano de tierra firme, tratar de no incrustar trazas en él y mantener las líneas cortas. Cuando esté listo, lea Diseño digital de alta velocidad . No prometo que sea una lectura fácil, pero es uno de los mejores libros que he leído.

    
respondido por el Kortuk
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¿Por qué no intentas lo lejos que puedes llegar como desafío?

Supongo que con una terminación cuidadosa y cables de par trenzado corto de igual longitud, podría llegar a un máximo de 100MHz, aunque no será fácil. Un osciloscopio de GHz ayudará a ver cómo funcionan las señales (timbrando y demás).

No lo he intentado yo mismo en una placa de pruebas, pero he visto señales de 80MHz que superan la mitad de un metro de par trenzado con varios conectores en medio. Era feo, pero estaba hecho para funcionar con resistencias en serie para amortiguar el sonido.

Un buen proyecto sería un adaptador JTAG rápido, cuanto más rápido mejor, pero útil ya a velocidades más bajas.

    
respondido por el starblue

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