7/31/2019 Tema 5 OCW - Lineas de Transmision
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Tema 5: Lneas de transmisin,reflexiones y terminadores de bus
Perifricos e Interfaces Industriales
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ndice
Objetivos
Lneas de transmisin Introduccin a la teora de lneas de transmisin
Caractersticas
Impedancia caracterstica de la lnea, velocidad de
propagacin, frecuencia de corte
Reflexiones de la seal
Diagrama de Lattice
Adaptacin de impedancias
Resistencias terminadoras
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Objetivos
Comprender la teora de lneas de transmisin
Qu es Cuando es necesario aplicarla
Entender el fenmeno de las reflexiones de la
seal, y de los problemas que pueden causar en
emisor y receptor
Aplicar tcnicas de adaptacin de impedanciaspara mitigar los efectos anteriores
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Lneas de transmisin
Una lnea de transmisin consiste en
Una lnea de seal que transporta la corriente de unaseal
Una lnea de retorno de seal (habitualmente GND) que
transporta una corriente de retorno de la mismamagnitud que la anterior
Cualquierinterconexin DC entre terminales GND no es una
lnea de retorno de seal
Lnea de seal
Lnea de retorno
Emisor Receptor
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Lneas de transmisin
El rea entre la lnea de seal y el retorno
Determina la capacidad de radiacin RF (RF RadioFrequency) del circuito
Determina la inmunidad a las interferencias electro-
magnticas o EMI (EMI Electro-MagneticInterference)
Por eso se prefiere el par trenzado en comunicaciones,
porque cada giro de la trenza compensa el anterior, ycomo resultado
Se reduce la emisin de ruido RF
Se aumenta la inmunidad EMI
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Lneas de transmisin
Diagrama del circuito que representa a una lnea
de transmisin (por unidad de longitud) L: Inductancia caracterstica [nH/cm]
C: Capacitancia caracterstica [pF/cm]
R: Resistencia caracterstica [ohm/cm]
G: Conductancia caracterstica [ohm-1/cm]
Lneadeseal
Lnea de retorno''
''0
CjG
LjRZ
+
+=
r
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sin,reflexion
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Lneas de transmisin
A altas frecuencias (R
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Lneas de transmisin
Cundo se produce el efecto de las lneas de
transmisin? Siempre, en cualquier conexin emisor-receptor
Cundo es necesario tenerlo en cuenta?
Cuando el tiempo de subida de la seal es menor que
dos veces el tiempo de propagacin:
Con lneas ms cortas
Tiempos de propagacin menores
Todas las reflexiones de la seal ocurren durante la subida o
bajada de la seal, por lo que no influiran en el resultado
Se puede emplear un modelo de carga capacitiva simple
Ltr < 2
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Lneas de transmisin
Valores tpicos de diferentes medios
Hilo de cobre sencillo
(lejos de GND)
Cable de par trenzado
Cable paralelo
(alternando hilo de seal y de GND)
Hilo en placa de circuito impreso
Cable coaxial
Lnea de bus
20 0.06 600 ~4
5 - 10 0.5 - 1 80 - 120 5
5 - 10 0.5 - 1 80 - 120 5
5 - 10 0.5 1.5 70 - 100 ~5
2.5 1.0 50 5
5 - 10 10 - 30 20 - 40 10-20
L [nH/cm] C [pF/cm] Z [ohm] [ns/m]
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Lneas de transmisin
Ejemplo:
Empleamos una tecnologa en el emisor con tr= 2ns Calcular la longitud mxima antes de aplicar la teora
de lneas de transmisin
Utilizando una lnea de bus,
Utilizando par trenzado,
mns/20=
mns/5=
cmmmns
nstL r 505.0/202
2
2==
==
cmmmns
nstL r 202.0/52
2
2==
==
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Lneas de transmisin
Diferencias entre lneas de transmisin y cargas
capacitivas simples
SN74LS00
CL = 10pF
CL = 56pF
CL = 616pF
CL
SN74LS00
Z0= 100 ohmRL = 100 ohmL
L = 0m (~10pF)
L = 1m (~56pF)
L = 11m (~616pF)
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Reflexiones de la seal
Qu ocurre cuando la onda incidente (V) que
avanza por la lnea llega al receptor (RL ) ?
V
V
RL
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Reflexiones de la seal
Un cambio en la impedancia provoca una
reflexin La seal atraviesa la lnea que tiene una impedancia
caracterstica Z0
En el extremo de la lnea, el receptor tiene unaimpedancia de entrada RL
Llamemos B a este extremo de la lnea
El coeficiente de reflexin () es el ratio entre ambasimpedancias
0
0
ZR
ZR
L
L
B+
=
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Reflexiones de la seal
Cuando la onda reflejada en el receptor llega al
emisor se repite el fenmeno Tras atravesar la lnea (Z0) hacia el emisor, la seal
encuentra una impedancia de entrada del emisor (R0)
Llamemos A a este extremo de la lnea
El coeficiente de reflexin en este punto se calcula de
manera anloga
00
00
ZR
ZRA
+
=
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RLB
Reflexiones de la seal
Evolucin de las reflexiones L
Z0A
R0
V0
0
0
ZR
ZR
L
L
B
+
=
00
00
ZR
ZRA
+
=
00
0
0
ZR
ZVVinc
+
=
BAr VV =
1
Arr VV = 12
L
L
RR
RVV
+
=
0
0
.
.
.
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Reflexiones de la seal
Evolucin de las reflexiones
La onda incidente inicial Vinc slo tiene en cuenta loselementos que hay en el emisor (V0, R0, Z0)
En el instante inicial la onda no ha llegado al receptor, por lo
que sus caractersticas no pueden depender de este ltimo (RL)
El valor de la tensin se estabiliza VA = VB = V a la
llamada tensin asinttica o estado quiescente
Cuando las reflexiones desaparecen, VA
= VB
Esta tensin es la resultante del equivalente Thevenin
La que se obtiene cuando despreciamos el efecto de las
reflexiones
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Diagrama de Lattice
El diagrama de Lattice nos ayuda a calcular la
tensin total VA y VB en cualquier momento La tensin en un extremo corresponde a la suma
acumulada de ondas incidentes y reflejadas
Teniendo en cuenta el signo, algunas ondas incidentes
y reflejadas reducen el total de tensin
Tambin tiene en cuenta la longitud (L) y
velocidad de propagacin ( ) de la lnea
Para determinar el instante de cada reflexin
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RLB
Diagrama de Lattice
Clculos del diagrama de LatticeL
Z0,A
R0
V0
VA VB
Vinc
Vr1
Vr2
Vr3
Vr4
t = L
t = 0
t = 3L
t = 5L
t = 2L
t = 4L
t = 0(VB= 0)
VB= Vinc+ Vr1
VB= VB+ Vr3+ Vr4
VB= VB+ Vr4+ Vr5
VA = Vinc
VA = VA + Vr1 + Vr2
VA = VA + Vr3+ Vr4
Vr5
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Diagrama de Lattice
Restricciones del diagrama de Lattice
Slo es aplicable cuando emisor y receptor sonelementos lineales y resistivos
Existen mtodos alternativos: ej. El mtodo Bergeron
Es un mtodo grfico Permite modelar mejor las caractersticas de emisor y receptor,
tanto para elementos lineales como no lineales
Descrito por Texas Instrument, Inc.
http://focus.ti.com/lit/an/sdya014/sdya014.pdf
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Reflexiones de la seal
Problemas provocados por las reflexiones
Las tensiones excesivas provocadas por laacumulacin de las reflexiones
Se denominan overshoot y undershoot
Pueden sobrepasar las tensiones mximas admitidas por latecnologa del receptor
Pueden cruzar varias veces el umbral del receptor, haciendo
que una sola transicin lgica en el emisor sea entendida
como una secuencia de valores 1-0-1- en el receptor
Se pueden mitigaro eliminar modificando las
impedancias del circuito
Este procedimiento se denomina adaptacin de impedancias
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Adaptacin de impedancias
Adaptar la impedancia del circuito a la de la lnea
Consiste en aadir elementos capaces de absorber laenerga que no absorbe el emisor (RL elevada)
Elimina las reflexiones
Todas, si se hace en el receptor Todas excepto la primera si se hace en el emisor
Mitiga las reflexiones en lugar de eliminarlas si no se
consigue una adaptacin al 100%
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Adaptacin de impedancias
Resistencia terminadora en el receptor
Resistencia en paralelo al receptor, R = Z0
No elimina las reflexiones, slo mitiga su efecto
Debido a la impedancia de entrada inherente del receptor
Exige del emisor una alta capacidad de corriente
R = Z0
Lnea de seal
Lnea de retorno
Z0VA
VB
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Ln
easdetransm
isin,reflexion
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Adaptacin de impedancias
Resistencia terminadora en el emisor
Resistencia en serie con el emisor, R = Z0
La primera reflexin, Vr1 = V si RL
Reduce a la mitad la exigencia de corriente del emisor
Z0R = Z0 VA
VB
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Ln
easdetransm
isin,reflexion
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R = Z0
Adaptacin de impedancias
Resistencias terminadoras de bus
Resistencias en paralelo en ambos extremos, R = Z0
Se emplea en conexiones multipunto
Los nodos se conectan con derivaciones (trunk-lines)
Deben tener una longitud mnima
Son puntos de impedancia diferente, generan reflexiones
Z0
R = Z0 Trunk-lines
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