View
121
Download
5
Category
Preview:
Citation preview
5/11/2018 Diagrama de Bounce - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/diagrama-de-bounce 1/13
Diseño de SistemasDigitales de Alta Velocidad
Universidad Politécnica de CartagenaEscuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial
DEPARTAMENTO DE TECNOLOGÍA ELECTRÓNICA
Andrés Iborra García Juan Suardíaz Muro
Andres.Iborra@upct.es Juan.Suardiaz@upct.es
Tema 02:Influencia de las Conexiones.Líneas de transmisión
Diseño de Sistemas Digitales de Alta Velocidad. Tema 02.- Influencia de las Conexiones 1
El “Stack-Up”
El Coeficiente de Reflexión
Estudio de la Transmisión
Introducción
Diagramas de Reflexiones
El Bus PCI
5/11/2018 Diagrama de Bounce - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/diagrama-de-bounce 2/13
Diseño de Sistemas Digitales de Alta Velocidad. Tema 02.- Influencia de las Conexiones 2
IntroducciónIntroducción
Si la electricidad se transmite a la velocidadde la luz, con una frecuencia de 50Hz:
km000.6m10· 6Hz50
s/m000.000.300
f
v 6p
====λ
Diseño de Sistemas Digitales de Alta Velocidad. Tema 02.- Influencia de las Conexiones 3
ORÍGENES DE LAS LÍNEAS DE TRANSMISIÓN
Cuando se tienen en cuentaaspectos de líneas de transmisión,la corriente y el voltaje son
funciones del tiempo y del espacio.
Es posible obtener un circuito equivalente por unidad de longitud de la línea.
Zo= Impedancia Característica de la líneatd= Tiempo de propagación de la onda (td=l/c)
R: Resistencia por unidad de longitud.
L: Inductancia por unidad de longitud.G: Conductancia por unidad de longitud.C: Capacidad por unidad de longitud.
Cambio en
‘ I ‘Cambio en‘ U ‘
Cw jGLw jR
Z0⋅⋅+
⋅⋅+=
En una línea de transmisiónideal, las pérdidas seconsideran despreciables 0
00 C
LZ ≈
5/11/2018 Diagrama de Bounce - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/diagrama-de-bounce 3/13
Diseño de Sistemas Digitales de Alta Velocidad. Tema 02.- Influencia de las Conexiones 4
El “stack El “stack --up” up”
El “stack-up” define la estructura de un PCB:
· Número de capas.
· Espesores de cobre y dieléctrico.
· Tipo de dieléctrico.
· Anchura de pistas y vías.
· Planos de alimentación y masa.
Se emplean dos tipos de líneas de transmisión:· Stripline: capas interiores.
· Microstrip: capas exteriores.m1
Hz10300s/m10· 300
f
v6
6p
=⋅
==λ
Las ondas que circulan por laspistas pueden causar efectos
de L.T.
Diseño de Sistemas Digitales de Alta Velocidad. Tema 02.- Influencia de las Conexiones 5
MICROSTRIP
Consiste en una pista de cobre sobre un plano conductor que sirvede retorno de la señal.
Se utiliza en las capas superior e inferior (top y bottom)
En la práctica, se deposita una capa aislante sobre el cobre, demodo que las características de la línea resultan ligeramentemodificadas.
Ejemplo: Pista de 5mils(milésimas de pulgada de anchura), espesor de cobre de 35 µm, espesor del dieléctrico de 100 µm y constantedieléctrica relativa de 4.5 => Z0=56.6Ω y tp=60ps/cm
5/11/2018 Diagrama de Bounce - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/diagrama-de-bounce 4/13
Diseño de Sistemas Digitales de Alta Velocidad. Tema 02.- Influencia de las Conexiones 6
STRIPLINE
Consiste en una pista de cobre entre dos planos conductores quesirven de retorno de la señal
Se utiliza en las capas interiores.
Ejemplo: Pista de 5mils(milésimas de pulgada de anchura), espesor de cobre de 17.5 µm, espesor total del dieléctrico de 400 µm yconstante dieléctrica relativa de 4.5 => Z0=53.2Ω y tp=68.4ps/cm
Diseño de Sistemas Digitales de Alta Velocidad. Tema 02.- Influencia de las Conexiones 7
OTROS TIPOS DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN
5/11/2018 Diagrama de Bounce - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/diagrama-de-bounce 5/13
Diseño de Sistemas Digitales de Alta Velocidad. Tema 02.- Influencia de las Conexiones 8
Coeficiente de ReflexiónCoeficiente de Reflexión
0t
0t
ZZZZ
+
−=ρ Zo: Impedancia característica de la línea.
Zt: Impedancia de terminación (la que aparece alfinal de la línea)
El análisis de la evolución de las señales a lo largo de las líneas de transmisióndebe de tener en consideración las reflexiones que se producen debido a lasdiscontinuidades (terminaciones)
El coeficiente de reflexión es unamedida de la cantidad de señalque “refleja” la discontinuidad.
Se define matemáticamente apartir de la siguiente expresión:
Diseño de Sistemas Digitales de Alta Velocidad. Tema 02.- Influencia de las Conexiones 9
COEFICIENTES DE REFLEXIÓN PARTICULARES
Terminación en cortocircuito
1ZZ
ZZZZ
lim0
0
0t
0t
0Z t
−=−
≈+
−=ρ
→
Terminación en circuito abierto
1ZZ
ZZZZ
limt
t
0t
0t
Z t
=≈+
−=ρ
∞→
Terminación en impedancia de línea
0ZZZZ
ZZZZ
00
00
0t
0t =+
−=
+
−=ρ
NO SE PRODUCE REFLEXIÓN
5/11/2018 Diagrama de Bounce - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/diagrama-de-bounce 6/13
Diseño de Sistemas Digitales de Alta Velocidad. Tema 02.- Influencia de las Conexiones 10
Estudio de la TransmisiónEstudio de la Transmisión
Pasos que se han de seguir en el análisis de los efectos de Líneas deTransmisión:
Determinación de los voltajesiniciales (el inicial y el que secomienza a transmitir)
Cálculo del coeficiente de reflexión de lacarga y del voltaje transmitido a ésta
Cálculo del coeficiente de reflexión de la
fuente y del voltaje transmitido a ésta
Resumir la información en los denominadosdiagramas de reflexión
Diseño de Sistemas Digitales de Alta Velocidad. Tema 02.- Influencia de las Conexiones 11
DETERMINACIÓN DE LAS CONDICIONES DE PARTIDA
Se produce una discontinuidad en los valores de tensión que seentregan al circuito.
Al generarse, la onda que se propaga sólo “ve” la impedanciacaracterística de la línea.
5/11/2018 Diagrama de Bounce - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/diagrama-de-bounce 7/13
Diseño de Sistemas Digitales de Alta Velocidad. Tema 02.- Influencia de las Conexiones 12
PROPAGACIÓN DE LA ONDA
La onda viajera hace que por donde pase la tensión pase de 0V a V+
y la corriente es transmitida por la corriente de desplazamiento, que
hace que se cargue la capacidad de la línea.
Por delante de la onda viajera, la tensión es de 0V, ya que aún no hallegado la información del cambio.
Diseño de Sistemas Digitales de Alta Velocidad. Tema 02.- Influencia de las Conexiones 13
REFLEXIÓN EN EL EXTREMO (TERMINACIÓN)
Cuando la onda viajera se encuentra una frontera o discontinuidad,la onda se dispersa. Una parte se sigue transmitiendo, pero otra serefleja.
0t
0tB ZR
ZR+
−=ρ
VB = V reflejada + Vincidente
Vreflejada = ρB · Vincidente
Vincidente = V+
5/11/2018 Diagrama de Bounce - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/diagrama-de-bounce 8/13
Diseño de Sistemas Digitales de Alta Velocidad. Tema 02.- Influencia de las Conexiones 14
REFLEXIÓN EN EL ORIGEN (FUENTE)
La onda reflejada en el punto B, viaja de nuevo a través de la líneade transmisión hasta la fuente, reflejándose de nuevo en ésta.
0S
0SA ZR
ZR+−=ρ
VA
= Vi+V reflejada + Vincidente
Vi = V+
Vreflejada = ρA · Vincidente
Vincidente = ρB · Vincidente
Diseño de Sistemas Digitales de Alta Velocidad. Tema 02.- Influencia de las Conexiones 15
ANÁLISIS DEL PERMANENTE
Se produce un flanco de ondas en la línea que sevan transmitiendo y reflejando. La solucióndebería converger al valor permanente:
Si la entrada cambia muy rápido, es posibleque este valor permanente no se llegue aalcanzar; por lo que el circuito podríapresentar comportamientos extraños
Un diseño digital se considera de alta velocidad si hemos de considerar laspistas como líneas de transmisión, es decir, si la longitud de las pistas no esmuy pequeña comparada con la longitud de onda de las señales quecirculan por ella. A efectos prácticos, el límite suele estar fijado en L<λ/10
El subimpulso originado puede provocar falsos flancos en las señales de reloj;
mientras que el sobreimpulso puede hacer conducir los diodos de protección y afectar a la vida del componente.
5/11/2018 Diagrama de Bounce - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/diagrama-de-bounce 9/13
Diseño de Sistemas Digitales de Alta Velocidad. Tema 02.- Influencia de las Conexiones 16
Diagramas de ReflexionesDiagramas de Reflexiones
La magnitud de todas estas oscilaciones queda reflejada en losdenominados diagramas de reflexiones (‘Reflection Diagrams’ o‘Bounce Diagrams’)
Diseño de Sistemas Digitales de Alta Velocidad. Tema 02.- Influencia de las Conexiones 17
EJERCICIO 1
El circuito de la figura adjunta presenta un comportamiento tipo ‘linea detransmisión’, con un retraso asociado T.
Considerando que Rs = Zo, calcule y dibuje las formas de onda de V1(t),I1(t), V2(t) e I2(t) en los siguientes supuestos:
a) RL=∞
b) RL=3·Zo
5/11/2018 Diagrama de Bounce - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/diagrama-de-bounce 10/13
Diseño de Sistemas Digitales de Alta Velocidad. Tema 02.- Influencia de las Conexiones 18
EJERCICIO 1- Solución caso A
0ZRZZ
ZRZR
0S
00
0S
0SS =
+
−=
+
−=ρ
1ZRZR
0L
0LL ≈
+
−=ρ
Diseño de Sistemas Digitales de Alta Velocidad. Tema 02.- Influencia de las Conexiones 19
EJERCICIO 1- Solución caso B
0ZRZZ
ZRZR
0S
00
0S
0SS =
+
−=
+
−=ρ
5.0ZZ3ZZ3
ZRZR
00
00
0L
0LL =
+⋅
−⋅=
+
−=ρ
5/11/2018 Diagrama de Bounce - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/diagrama-de-bounce 11/13
Diseño de Sistemas Digitales de Alta Velocidad. Tema 02.- Influencia de las Conexiones 20
EJERCICIO 2
Diseño de Sistemas Digitales de Alta Velocidad. Tema 02.- Influencia de las Conexiones 21
EJERCICIO 2
5/11/2018 Diagrama de Bounce - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/diagrama-de-bounce 12/13
Diseño de Sistemas Digitales de Alta Velocidad. Tema 02.- Influencia de las Conexiones 22
EJERCICIO 3
Vsal V2
0,75 Vsrc 0,75 Vsrc-0 = 0,75 Vsrc
0,75 Vsrc *0,5 = 0,375 Vsrc0,75+0,37=1,12
0,75+0,375-0,187= 0,938
0,938-0,187+0,093=0,844
0,844-0,093+0,046 = 0,797
0,797+0,046+0,023=0,866
0,375 Vsrc *-0,5 = -0,187 Vsrc
-0,187 Vsrc *0,5 = - 0,093 Vsrc
-0,093 Vsrc *-0,5 = 0,046 Vsrc
ρsrc = (3Z0 – Z0) / (3Z0 + Z0) = 1/2ρdst = (Z0/3 – Z0) / (Z0/3 + Z0) = -1/2Vsal = (Z0 / (Z0/3 + Z0)) .Vsrc = 0,75. Vsrc
Diseño de Sistemas Digitales de Alta Velocidad. Tema 02.- Influencia de las Conexiones 23
EJERCICIO 4
Vsal V2
5* 10/150 = 0,31 0,31-5 = -4.69
-4.69*1 = -4.69 5-4,69-4,69=-4,38
-4.69*-0,88 = 4,1
4.1*1 = 4,1
4.1*-0,88= -3.6
0,31-4,69+4,1=-0,28
-4,38+4,1+4,1= 3,82
-0,28+4,1-3,6=0,22
3,82-3,6-3,6= -3-38
ρsrc = (10 –150) / ( 160) = -0,875ρdst = (∞ – 150) / (∞ + 150) = 1
5/11/2018 Diagrama de Bounce - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/diagrama-de-bounce 13/13
Diseño de Sistemas Digitales de Alta Velocidad. Tema 02.- Influencia de las Conexiones 24
El Bus PCI El Bus PCI
Se trata de un tipo de bus que actualmente dispone de dos entornoseléctricos distintos (5V y 3.3V) y tres tipos de tarjetas (5V, 3.3V yuniversales 5/3.3.V).
Se espera que en un futuro el único tipo sea el de 3.3V. La operación a66Mhz sólo está permitida a 3.3V.
Diseño de Sistemas Digitales de Alta Velocidad. Tema 02.- Influencia de las Conexiones 25
CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS Y TEMPORALES
El PCI es un bus CMOS, por lo que presentaunas corrientes estáticas muy reducidas.
Se encuentre diseñado de forma que sea un busde onda reflejada, por lo que también presentaunas corrientes dinámicas moderadas (valores depico entorno a 300mA)
En consecuencia, se trata de un bus de bajo/moderado consumo de energía
Recommended