¿Por qué poner una resistencia en serie con línea de señal?

Dos razones comunes son la integridad de la señal y la limitación de corriente en la conversión de nivel lento.

Para la integridad de la señal, cualquier desajuste en la impedancia de la línea de transmisión formada por una traza de PCB y componentes adjuntos puede causar reflexiones de transiciones de señal. Si se permite que estos reboten hacia adelante y hacia atrás a lo largo de la traza, reflejando los desajustes al final durante muchos ciclos hasta que desaparezcan, las señales "suenan" y pueden interpretarse erróneamente ya sea por nivel o como transiciones de borde adicionales. Normalmente, un pin de salida tiene una impedancia más baja que la traza y un pin de entrada una impedancia más alta. Si coloca una resistencia en serie de valor que coincida con la impedancia de la línea de transmisión en el pin de salida, esto formará instantáneamente un divisor de voltaje y el voltaje del frente de onda que se desplaza por la línea será la mitad del voltaje de salida. En el extremo receptor, la impedancia más alta de la entrada se parece esencialmente a un circuito abierto, que producirá una reflexión en fase que duplica el voltaje instantáneo al original. Pero si se permite que esta reflexión alcance de nuevo la salida de baja impedancia del controlador, se reflejaría fuera de fase e interferiría de manera constructiva, restando nuevamente y produciendo un timbre. En su lugar, es absorbido por la resistencia en serie en el controlador que se selecciona para que coincida con la impedancia de línea. Dicha terminación de origen funciona bastante bien en conexiones punto a punto, pero no tan bien en conexiones multipunto.

La limitación actual en la traducción de nivel lento es otra razón común. Las tecnologías CMOS IC de diferentes generaciones tienen diferentes voltajes óptimos de operación, y pueden tener límites de daño establecidos por el pequeño tamaño físico de los transistores. Además, no pueden tolerar de forma nativa tener una entrada a un voltaje más alto que su suministro. Así que la mayoría de los chips están construidos con diodos diminutos desde las entradas hasta el suministro para proteger contra la sobretensión. Si maneja una parte de 3.3v desde una de 5v (o más probablemente hoy, manejando una parte de 1.2 o 1.8 v desde una fuente de 3.3v) es tentador simplemente confiar en que esos diodos sujeten el voltaje de la señal a un rango seguro. Sin embargo, a menudo no pueden manejar toda la corriente que potencialmente puede ser generada por la salida de mayor voltaje, por lo que se usa una resistencia en serie para limitar la corriente a través del diodo.

Sí, la integridad de la señal es la razón. Usar una tapa reducirá mucho el borde y no se verá tan limpio. El libro estándar sobre el tema es Diseño digital de alta velocidad: un manual de Black Magic . Como regla general, 22.1 ohmios se usa típicamente como punto de partida. Puede utilizar una herramienta de simulación de integridad de señal como HyperLynx de Mentor Graphics para obtener un mejor análisis antes de que se construya la placa.

En la línea VDD esa no es la razón. Algunas personas pueden colocar una resistencia de miliohmios para medir la potencia y luego reemplazarla con un 0 ohm para la producción. Otros, especialmente los analógicos, pueden colocar un filtro RC allí para eliminar el ruido.

No estoy seguro de si esto es de lo que está hablando, pero se puede colocar una resistencia pequeña (< 100 ohm) en la salida de un amplificador operacional que conduce una línea larga, de modo que la carga capacitiva no hace que el amplificador oscile.

También se puede usar para asegurar que dos amplificadores tengan exactamente la misma impedancia de salida, para crear una línea balanceada que rechaza la interferencia.

¿En qué tipo de producto? En la parte del consumidor, es probable que sea para la integridad de la señal (vea la respuesta de Brian).

En una herramienta de desarrollo, podría ser para la limitación actual. A menudo suelto algunas resistencias de 470 ohmios en líneas de señal para mis proyectos para líneas de datos que se conectan a módulos externos. La corriente consumida por una entrada digital no es suficiente para causar una caída importante de voltaje en esta resistencia. La limitación actual significa que nada (generalmente) se convierte en humo si me equivoco al conectar cosas, o si algo corta una conexión en un tablero expuesto. Es diferente de un límite porque un límite atraerá mucha corriente en un borde digital (por un tiempo corto pero a veces no despreciable), teniendo el efecto opuesto de una resistencia.

Dos respuestas más:

1. Agregar una resistencia a una línea puede limitar los flujos de corriente dañinos que de lo contrario resultaría de corto transitorios de alto voltaje, tales como los causados por la electrostática alta (ESD).
2. Un valor bajo resistencia en línea con la entrada de alimentación a un chip será caer una tensión que es proporcional a la corriente de suministro del chip. Si uno sabe el valor de la resistencia, uno puede conectar un medidor, medir el voltaje, e inferir la corriente, sin interrumpir el circuito operación. El circuito funcionara lo mismo con o sin el medidor necesario. Por el contrario, si el tablero tenía un punto de conexión para una amperímetro en serie con el suministro, sería necesario acortar ese conexión siempre que el mater era no presente.

Cuidado con las resistencias en las líneas de vdd. Si no tiene cuidado al ajustar correctamente el tamaño de la tapa, puede terminar con una ondulación en la alimentación de alimentación al dispositivo, lo que puede tener un efecto fundamental en la operación.

He visto un Xilinx FPGA, programado para controlar un multiplexor analógico de fila / columna CMOS en un generador de imágenes, destrozar el multiplexor porque los bordes digitales de subnanosegundos de Xilinx se fueron MUY A POCOS, y LEJOS DE LA VDD. Esto fue observable con una sonda de 1pF de velocidad de 900MHz (la sonda fetal activa TEK P6201, obsoleta por mucho tiempo). Su sonda lenta normal de 13pF no mostró ningún exceso. Personas con años de experiencia en estas áreas me dirigieron a colocar un resistor de 1 kohm en cada uno de los cables de 6 "(aproximadamente 15 de estos cables) desde Xilinx hasta el multiplexor. Resultado: una buena imagen, con gran cantidad de offset / error de ganancia, apareció. Se agregó un poco de corrección de la placa caliente-fría, y se podía ver el calor de su dedo empapado a través de una hoja de papel. ¿Que esta pasando? Los diodos de protección, que se espera que absorban los impactos de ESD de cualquiera de las dos polaridades, se estaban activando durante los sub-nanosegundos de bajo / rebasamiento. Así, millones de veces por segundo, la carga se inyectó en el substrato y los pozos del CMOS, alterando el comportamiento digital y quizás las señales analógicas si se dirigían a grd / rail por un flujo inesperado de cargas que necesitaban un camino de regreso a casa. Ayudé a depurar otros circuitos CMOS, donde solo una puerta lógica se alteró durante una prueba de ESD, porque no había contacto de recolección de carga local en el pozo / sustrato.

Algunas veces se agrega una resistencia u otra carga en paralelo a una entrada digital discreta para compensar la capacitancia distribuida en un cable de entrada largo. Considere el caso en el que un interruptor de campo al final de un largo tramo de cable blindado tiene un conductor caliente y de retorno. El otro extremo del par de cables tiene una línea de 120 vac y el lado de retorno va a la entrada de un PLC, DCS u otro dispositivo digital. Basado en estos valores: - tensión de alimentación - Capacitancia del cable. - Impedancia del dispositivo de entrada digital. - Dispositivo de entrada digital ON voltaje Puede calcular una distancia segura máxima para el tendido del cable para que la entrada se desactive cuando se abra el interruptor.
La impedancia del cable y el dispositivo de entrada forman un divisor de voltaje que puede hacer que el voltaje en la entrada sea más alto que el umbral, incluso con el interruptor abierto.