¿Debo terminar trazas extremadamente cortas (0.5 pulgadas)?

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Algunos antecedentes: tengo un pequeño proyecto de pasatiempo en ejecución que básicamente conecta un mcu ARM de 64 pines (el STM32F405RGT6) a un códec estéreo (un TI PCM3010) a través de la interfaz I2S. Estoy obteniendo el reloj maestro para el bus I2S de la MCU (la serie stm32f4 aparentemente tiene un PLL para este propósito), que funciona a 12.288 MHz (256 veces la frecuencia de muestreo, que en este caso es 48kHz). El reloj de bits y las respectivas líneas de entrada / salida de datos se ejecutan a aproximadamente 3 MHz. Actualmente estoy buscando enrutar el diseño en una placa de 2 capas, ya que realmente no tiene una gran cantidad de E / S. Hasta ahora he podido ubicar el códec literalmente justo al lado de la MCU, de modo que las longitudes de rastreo de los pines respectivos son de 3 a 13 mm de longitud (y, como ventaja, las mitades analógicas / digitales están bien segmentadas). El plano de tierra no está roto, excepto cuando tengo que usar una vía para la línea de datos.

Ahora para la pregunta real; ¿Es incluso necesario terminar las líneas de transmisión con una cierta longitud? He visto en algunas publicaciones que este es un caso (ya que en usted no tiene que terminar nada), pero ¿por qué esto es exactamente? Sé que realmente depende de la tasa de borde (y la impedancia de origen / destino / rastreo), pero ¿obtendría algún beneficio al hacerlo de todos modos? Debido a la disposición del chip de códec, sería posible terminar en serie las líneas, pero en realidad solo alejándolas, e introduciendo más vías y planos de terreno en la ecuación. Me doy cuenta de que este es un tipo de diseño de baja velocidad / velocidad de borde y podría salirme adelante al encaminar el tablero con los ojos cerrados, ¡pero en realidad me gustaría diseñar algo correctamente por una vez!

    
pregunta Adam

2 respuestas

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Primero, como mencionas, el parámetro crítico es generalmente los tiempos de subida y bajada de tus bordes. Puede estimar la "frecuencia de respuesta" efectiva de su señal mediante

\ $ f = \ dfrac {\ alpha} {t_r} \ $

donde \ $ t_r \ $ es el más rápido de tus tiempos de subida y bajada. El parámetro \ $ \ alpha \ $ es un tipo de factor de fudge; depende de si midió el tiempo de aumento como un valor de 10% -90% o 20% -80%, y algunos autores dan números entre 0.5 y 0.8, pero para estar seguro, solo puede usar 1.0.

Como Jippie comenta en su respuesta, si la longitud de onda asociada con esta frecuencia es más de 10 veces la longitud del trazado, generalmente no necesita preocuparse por los efectos de la línea de transmisión.

Y, de hecho, así es como la mayoría de los controladores CMOS y TTL están diseñados para funcionar --- excepto para ciertos tipos específicos, realmente no tienen la capacidad actual de la unidad para impulsar una resistencia de terminación de 50 o 75 Ohms.

Otra complicación es que la mayoría de los dispositivos CMOS y TTL no tendrán especificaciones para el tiempo de subida y bajada. Tendrá que estimarlo a partir de la capacidad de corriente del variador y la capacidad de carga:

\ $ t_r \ approx \ dfrac {(V_h-V_l) C} {I} \ $

Donde I es la corriente de salida de cortocircuito para su controlador y C se estima a partir de la geometría de su pista y la capacidad de entrada de la carga.

Si está usando partes de ECL, tenga en cuenta que incluso si no termina la línea de transmisión, aún necesitan una resistencia de bajada para polarizar correctamente el transistor de salida.

    
respondido por el The Photon
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La regla de oro es que la teoría de la línea de transmisión entra en juego cuando la longitud de la línea de transmisión es del 10% o más que la longitud de onda de la señal.

La longitud de onda de la señal se puede calcular de la siguiente manera:

\ $ \ lambda = \ dfrac {c \ cdot v_p} {f} \ $

Donde:

  • c es la velocidad de la luz (299792458 m / s)
  • v p es el factor de velocidad . Este factor es una constante dada para el material que está utilizando. La regla de oro para el cable coaxial genérico es del 70 u 80%, existen números similares para las pistas de PCB y algunas herramientas EDA han construido una calculadora integrada para encontrar este factor. \ $ \ small {\ text {(kudos @ThePhoton por encontrar el nombre y la referencia correctos)}} \ $
  • f es tu frecuencia máxima.

Por ejemplo, si tiene una señal de 1 MHz en un cable coaxial promedio, la longitud de onda \ $ \ lambda = \ dfrac {299792458 × 0.7} {1000000} = 210 \ text {m} \ $. De nuevo, como una regla de oro , cuando use una señal de 1 MHz y si su cable es más corto que 20 m, no tiene que preocuparse demasiado por la coincidencia de impedancia.

Por supuesto, cuando está obteniendo resultados cercanos a la regla de oro, debe extraer fórmulas más precisas. @ThePhoton hace un par de puntos buenos en su respuesta.

    
respondido por el jippie

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