¿Por qué es bueno reducir la velocidad de las líneas digitales con resistencias?

Piense en una conexión de PCB (o cable) entre una salida y una entrada. Es básicamente una antena o radiador. La adición de una resistencia en serie limitará la corriente pico cuando la salida cambie de estado, lo que provoca una reducción en el campo magnético transitorio generado y, por lo tanto, tenderá a reducir el acoplamiento a otras partes del circuito o al mundo exterior.

Ff inducido no deseado = \ $ - N \ dfrac {d \ Phi} {dt} \ $

"N" es una (vuelta) en el caso de una interferencia simple entre (digamos) dos pistas de PCB.

El flujo (\ $ \ Phi \ $) es directamente proporcional a la corriente y, por lo tanto, agregar una resistencia mejora las cosas en dos aspectos; En primer lugar, se reduce la corriente máxima (y, por lo tanto, el flujo máximo) y, en segundo lugar, la resistencia disminuye la velocidad de cambio de la corriente (y, por lo tanto, la velocidad de cambio del flujo) y claramente esto tiene un resultado directo en la magnitud de cualquier inductancia. emf porque emf es proporcional a la tasa de cambio del flujo.

A continuación, considere el tiempo de aumento de la tensión en la línea cuando aumenta la resistencia: el tiempo de aumento se alargará y esto significa que se reducirá el acoplamiento del campo eléctrico a otros circuitos. Esto se debe a la capacitancia parásita entre circuitos (recordando que Q = CV): -

\ $ \ dfrac {dq} {dt} = C \ dfrac {dv} {dt} = I \ $

Si la tasa de cambio de voltaje disminuye, el efecto de la corriente inyectada en otros circuitos (a través de la capacitancia parásita) también disminuye.

En cuanto al argumento de energía en su pregunta, dado que el circuito de salida tiene inevitablemente cierta resistencia de salida, si hizo los cálculos matemáticos y calculó la potencia disipada en esta resistencia cada vez que se cargó o descargó la capacitancia de entrada, encontrará que esta La potencia no cambia incluso si el valor de la resistencia cambia. Sé que no suena intuitivo, pero ya hemos analizado este argumento e intentaré encontrar la pregunta y vincularla porque es interesante.

Pruebe esta pregunta: es una de las pocas que cubre el tema de cómo la energía se pierde cuando se cargan los condensadores. Hay una más reciente que intentaré encontrar.

Aquí es.

El término correcto para esta función "ralentizar" es slew rate . Agregar una resistencia reduce la velocidad de giro al formar un filtro RC de paso bajo con la capacitancia de entrada. Puede ver el efecto de estas resistencias en el siguiente oscilograma (la curva verde con una mayor velocidad de giro produce mucho más ruido):

El aumento de consumo de energía que mencionas no es en realidad real. Se necesita la misma cantidad de energía para cargar un capacitor, sin importar qué tan rápido lo esté cargando. La introducción de la resistencia solo hizo visible esta pérdida de energía, mientras que sin la resistencia la misma energía es disipada por las puertas de salida CMOS.

Es una simplificación pensar que la resistencia "ralentiza" la línea, ya que no es para eso que está ahí, al menos en señalización de alta velocidad, y parece implicar que reduciría o eliminaría la resistencia si querías ir más rápido.

De hecho, es la terminación en serie de la línea de transmisión que representa la pista. Como tal, su valor, más la impedancia de salida del controlador, debe ser igual a la impedancia característica de la pista.

Cuando el conductor lanza un borde hacia abajo a través de la resistencia, se desplaza hacia el extremo lejano a la mitad del voltaje final (porque hay un divisor potencial formado por la impedancia de la fuente y la impedancia de la pista), y luego se refleja en el circuito abierto representado en el extremo lejano, que duplica su voltaje al nivel completo. La reflexión regresa a la fuente, momento en el cual termina con la resistencia de la fuente (a través de la baja impedancia de los controladores de salida).

Por lo tanto, el extremo lejano obtiene un borde limpio y agradable, que puede usar de manera segura un retraso de propagación después de que se envió (es decir, tan pronto como sea posible), y no hay un conjunto de reflexiones que remitan hacia atrás y hacia adelante para el viaje de ida y vuelta múltiple veces, lo que causa EMI / interferencia y demoras.

La desventaja es que si te fijas en la mitad de la línea, verás una forma de onda escalonada divertida, lo que significa que no siempre es una técnica adecuada para los enlaces multipunto. (Ciertamente no relojes multipunto)

Actualización:

Solo para aclarar, lo que más importa en estas situaciones es el tiempo de subida de su señal, no la frecuencia con la que genera bordes. En un mundo ideal, siempre tendría conductores con tasas de cambio que fueran sensibles a la frecuencia con la que intentaba transmitir, pero en la actualidad ese no es el caso, y si el tiempo de subida de su conductor es corto, debe estar pensando en ello. zumbido. En una línea de datos, esto podría no importar (aparte de EMI), porque se habrá detenido antes del próximo reloj, pero en un reloj podría ser un desastre doble, incluso si es un desastre que solo ocurre en un millón veces por segundo.

Howard Johnson considera que debería estar simulando algo más de 1/6 del tiempo de subida para ver si necesita una terminación. En 1 ns, el tiempo de subida es de 150ps, que es aproximadamente una pulgada. Otras personas dicen que cosas como 2 pulgadas por nanosegundo de tiempo de subida son la longitud crítica para la terminación.

tener que conducir una señal mucho más fuerte

De otra manera: la potencia de la unidad de una salida digital es una cantidad fija (*) basada en el tamaño de sus transistores de salida. Si tiene demasiada fuerza de conducción, obtiene un gran pulso de corriente corto. Una resistencia convierte eso en un pulso más largo y plano. (Creo que el área debajo del pulso en el gráfico de tiempo actual es constante, pero no he hecho los cálculos).

Cuanto más nítido sea su pulso actual, más tendrá que considerar el sistema como una línea de transmisión. Luego, la resistencia aparece como una resistencia de terminación de fuente.

(*) Puedes obtener algunos dispositivos con una potencia de unidad conmutable, pero eso solo significa que tienen múltiples transistores de salida por pin.