Перейти к содержанию

Последовательное согласование

Самый дешёвый способ убрать звон на быстрой линии от микроконтроллера — один резистор в десятки ом прямо у вывода. Это последовательное согласование, и TI называет его предпочтительным для микроконтроллерных плат.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

Последовательное согласование (series termination, source termination) — резистор, включённый сразу за выходом драйвера последовательно с линией так, чтобы вместе с выходным сопротивлением драйвера он был равен волновому сопротивлению линии:

Rвых+R=Z0,R=Z0−RвыхR_{вых} + R = Z_0, \qquad R = Z_0 - R_{вых}

Тогда источник согласован: коэффициент отражения на его стороне ρS = 0, и волна, отражённая от высокоомного входа на дальнем конце, поглощается у передатчика и больше не возвращается (TI AN-807, разд. 3 и 10).

Как работает

  1. В момент переключения драйвер с резистором и Z0 линии образуют делитель пополам: в линию уходит волна половинной амплитуды, V·Z0/(RS + Z0) = V/2.
  2. На открытом конце — входе КМОП — ρ = +1, волна удваивается, и приёмник сразу видит полный уровень.
  3. Отражённая волна идёт обратно и поглощается согласованным источником. Звона нет.

Пример (наш расчёт по модели TI SCAA082A): драйвер 3,3 В с выходным сопротивлением 25 Ом на линии 50 Ом без согласования даёт на конце 4,4 В на фронте и −1 В на спаде; с резистором 25 Ом — сразу 3,3 В без звона.

Плюсы и ограничения

TI сравнивает способы согласования так: последовательное — один компонент, малое потребление, но добавляет задержку (SZZA009, табл. 1). Постоянного тока через резистор нет, и драйвер не нагружается. Для микроконтроллерных плат TI называет его недорогим и предпочтительным способом, тем более что оно снижает и излучение (SZZA009, разд. 2.4.3). КМОП-выходы TI называет недодемпфированными — склонными к звону и выбросам по природе.

Ограничение — топология. Вдоль линии сигнал какое-то время стоит на половине уровня: в середине — до прихода отражённой волны через τ, у самого передатчика — почти 2τ (наш вывод из диаграммы отражений). Поэтому способ годится для линии «точка — точка» с приёмником на конце. Шину с приёмниками вдоль линии согласуют параллельно на конце.

Когда ставить

TI советует согласовывать, если дорожка длиннее фута (около 30 см), если сигнал уходит в кабель за пределы экранированного корпуса или если на осциллограмме виден звон (SZZA009, разд. 2.4.3). Номинал подбирают по осциллограмме на конце линии: выходное сопротивление драйвера точно не известно и зависит от питания и уровня. Подробнее — в статье «Целостность сигналов».

Частые вопросы

Какой резистор поставить для последовательного согласования?

Волновое сопротивление линии минус выходное сопротивление драйвера: R = Z0 − Rвых. Для линии 50 Ом и драйвера с выходным сопротивлением около 25 Ом это 25 Ом; на практике выходное сопротивление точно не известно, поэтому номинал подбирают по осциллограмме — обычно десятки ом. Ставят резистор как можно ближе к выводу драйвера.

Почему последовательное согласование не годится для шины с несколькими приёмниками?

Потому что в линию уходит волна половинной амплитуды, и полный уровень появляется только на открытом конце, где она удваивается. Приёмник в середине линии сначала видит полуровень и только после возвращения отражённой волны — полный: в середине через τ, у самого передатчика — почти через 2τ. Для шин нужно параллельное согласование на конце.

Не замедлит ли резистор сигнал?

Немного: TI отмечает, что последовательное согласование добавляет задержку, — резистор вместе с ёмкостью входа и линии затягивает фронт. Зато оно не потребляет постоянного тока и снижает излучение. Для большинства выходов микроконтроллера это лучший компромисс.

Источники

  1. Texas Instruments. PCB Design Guidelines For Reduced EMI (SZZA009, November 1999) — разд. 2.4.3, табл. 1: последовательное согласование — малое потребление, один компонент, добавляет задержку; КМОП — недодемпфированная технология, всегда опасность звона и выброса; согласование нужно, если дорожка длиннее фута, сигнал уходит в кабель за пределы экранированного корпуса или есть звон; последовательный резистор — недорогое решение и предпочтительный способ для микроконтроллерных систем, где важно и снижение дифференциальной помехи; разд. 2.4.4: вход КМОП — 5–40 нГн и около 5 пФ
  2. Texas Instruments (National Semiconductor). AN-807 Reflections: Computations and Waveforms (SNLA027B, May 2004) — разд. 3: начальный скачок V·Z0/(RS + Z0), согласованный источник; разд. 10: отражённая от открытого конца волна поглощается согласованным источником
  3. Texas Instruments. High-Speed Layout Guidelines (SCAA082A, revised August 2017) — разд. 1.3.2: четыре способа — последовательное, параллельное, по Тевенину, переменнотоковое; моделирование 3,3 В, 25 Ом на линию 50 Ом без согласования — 4,4 В и −1 В

Нашли ошибку?

Смотрите также