Как время нарастания связано с шириной полосы сигнала?

Скажем, я хочу ограничить время нарастания фронтов моего цифрового сигнала, чтобы избежать воздействия на эффекты линии передачи.

Как определить максимальную частоту гармоник в моем сигнале, зная, что мое время нарастания, скажем, 5 нс?

Как определить частоту угла моего фильтра нижних частот, зная, что время удержания на чипе приемника, скажем, 10 нс?

В википедии я нашел формулу

это применимо в этом случае?

редактировать

Я не смог прояснить себя, поэтому я попытаюсь объяснить свою точку зрения.

Скажем, у меня сигнал 30HMz, а длина моего следа намного меньше 1/10 длины волны. Таким образом, я не должен иметь дело с эффектами линии передачи в этом отношении. Но мои края крутые - 5 нс. Это добавляет некоторые высокочастотные компоненты в мой сигнал, которые потенциально могут пострадать от эффектов линии передачи.

Моя идея заключается в том, что я замедляю граничные переходы до такой степени, что мне не приходится иметь дело с явлениями линии электропередачи. Вопрос двоякий:

• Как рассчитать самое быстрое время нарастания / спада, которое при заданной длине трассы позволило бы мне считать мою схему «сосредоточенной»?
• как мне замедлить время нарастания / спада?

Время нарастания / спада - это время изменения напряжения от 10% до 90% от максимального значения. Я знаю, как рассчитать приблизительную скорость сигнала на плате FR4.

Между временем нарастания и пропускной способностью нет связи один на один. Ограничитель скорости нарастания представляет собой нелинейный фильтр, поэтому его нельзя охарактеризовать как фильтр нижних частот с некоторой очевидной частотой спада. Подумайте об этом во временной области, и вы увидите, что ограничение скорости нарастания влияет на сигналы, пропорциональные амплитуде. Сигнал 5 Vpp, ограниченный 5 В / мкс, не может иметь период менее 2 мкс, после чего он вырождается в треугольную волну 500 кГц. Однако, если амплитуда должна была составлять только 1 Vpp, тогда пределом является треугольная волна 2,5 МГц. Поскольку концепция полосы пропускания становится менее понятной при использовании нелинейного фильтра, вы можете в лучшем случае поговорить об этом приблизительно.

Ваш ответ также может сильно различаться в зависимости от того, что именно означает «время нарастания». Это термин, который никогда не должен использоваться без какой-либо квалификации. Даже простой RC-фильтр имеет неоднозначное время нарастания. Его ответ шага - экспонента без места, являющегося явным "концом". Следовательно, время восхода бесконечно. Без порога того, насколько близко вы находитесь к концу, чтобы считаться, что вырос, термин «время нарастания» не имеет смысла. Вот почему вам нужно либо говорить о времени нарастания до определенной доли конечного значения , либо о скорости нарастания.

Таким образом, приведенное вами уравнение просто неверно, по крайней мере, без набора квалификаций. Возможно, они найдены на странице, с которой вы их получили, но цитирование не по смыслу делает это неправильным. Ваш вопрос неопровержим в его нынешнем виде.

Добавлено:

Теперь вы говорите, что реальная проблема заключается в ограничении высоких частот от острых краев, чтобы части сигнала не попадали в частотный диапазон, где ваш провод становится линией передачи. Это не имеет непосредственного отношения к времени нарастания. Поскольку реальная проблема заключается в частотном контенте, разберитесь с этим напрямую. Самый простой способ - это фильтр низких частот RC. Установите его так, чтобы он падал выше самой высокой частоты, представляющей интерес для сигнала, и значительно ниже частоты, на которой ваша система больше не может считаться сосредоточенной. Если между ними нет частотного пространства, то вы не можете получить то, что хотите. В этом случае вам нужно использовать сигнал с более низкой полосой пропускания, более короткий провод или иметь дело с аспектами линии передачи по этому проводу.

В вашем случае вы говорите, что самая высокая интересующая частота составляет 30 МГц, поэтому настройте фильтр на это значение или немного выше, скажем, 50 МГц, так как это оставит желаемый сигнал практически без изменений. Длина волны 50 МГц составляет 6 метров в свободном пространстве. Вы не сказали, что препятствует вашей линии передачи, но давайте посчитаем, что распространение будет вдвое меньше скорости света, что оставляет 3 метра длины волны на проводе. Чтобы быть достаточно безопасным, просто игнорируя проблемы линии передачи, вы хотите, чтобы длина провода составляла 1/10 длины волны или меньше, то есть 300 мм или около фута. Так что, если длина провода составляет фут или меньше, вы можете добавить простой RC-фильтр на частоте 50 МГц и забыть об этом.

Эффекты линии передачи не просто внезапно появляются на некоторой магической длине волны относительно длины провода, поэтому слишком длинная область - это серая область. Длина волны до 1/4 часто бывает достаточно короткой. Если он «длинный», то лучше всего использовать драйвер, управляемый импедансом, и терминатор на другом конце. Однако это громоздко и также ослабляет сигнал вдвое. Вы либо имеете дело с более низкой амплитудой в приемнике, либо повышаете ее в передатчике, прежде чем она будет разделена на сопротивление движению и характеристику сопротивления линии передачи.

Более простое решение, которое может потребовать некоторой экспериментальной настройки, состоит в том, чтобы просто поставить небольшой резистор последовательно с драйвером и покончить с ним. Это сформирует фильтр нижних частот с емкостью кабеля и любой другой паразитной емкостью. Это не так предсказуемо, как преднамеренный RC, но намного проще и часто достаточно хорош.

Эта формула - то, что мы обычно называем частотой колена. Он основан на 10% -90% времени нарастания сигнала и обычно используется в качестве приблизительного значения, чтобы сказать нам, какая наибольшая интересующая частота может быть у цифрового сигнала, который мы используем. Или сказал лучший способ, где можно найти большую часть высокочастотного энергетического содержания этого сигнала. Если ваш канал может пропускать эту полосу пропускания, то теоретически вы не увидите никакого снижения или уменьшения времени нарастания сигнала. Конечно, на практике существуют другие вещи, такие как отражения, которые могут повлиять на ваш сигнал. Вот Том Д из Mentor, который дает хорошее объяснение этого в SI-LIST.

Мне было бы более интересно узнать длину и материал, используемый для вашего канала. Достаточно ли долго, что вам нужно учитывать эффекты линии передачи (длиннее четверти длины волны, некоторые скажут, 1/6 длины волны). Я не знаю, что вы делаете из своего поста, поэтому просто пытаюсь дать несколько общих советов. Попытка каким-то образом замедлить время нарастания, если оно вам не нужно, само по себе неплохая идея, если ваш драйвер может справиться с нагрузкой фильтра, которую вы используете, не взорвавшись.

Почему бы просто не убедиться, что вы используете правильную структуру / кабель и правильно подключены? Я уверен, что у вас есть причины для вашего проекта, так что просто предложение;)

Приведенные вами формулы используются для BW сигналов, которые будут участвовать в излучении от ребер. И есть некоторые допущения, встроенные в него, как, например, большинство цифровых сигналов в середине колебания выглядят как источник тока в конденсаторе (то есть линейном линейном изменении), который сужается сверху и снизу. Также допустимо использовать это для вашей линии электропередачи для отражения и т. Д. И скатиться.

Но это не говорит о гармониках, которые будут ~ 1 / т (рост). то есть вы увидите эти 200 МГц шпоры в спектре.

Для приемника вы должны смотреть на глазок диаграмму, чтобы убедиться, что ваши времена удержания соблюдены. И это сценарий временной области. Таким образом, у вас могут быть элементы схемы, которые помогают соответствовать вашему времени и не видны с частотной стороны. Таким образом, ваш BW может использоваться для описания вещей в его взаимодействии со временем удержания, но вы не можете обязательно получать время удержания непосредственно из BW. Моделирование или испытательные стенды - путь сюда.

Не уверен, что я прочитал все посты целиком, но что касается оригинального поста (от парня с временем подъема 5ns). Вам следует почитать книги доктора Говарда Джонсона или Ли Ричи. Они объясняют это подробно.

Не пытайтесь замедлить сигнал, в этом нет необходимости, за исключением особых обстоятельств.

Если вы хотите выйти из теоретической гадости и найти практическое решение, вы можете использовать это: если длина трассы превышает 1/5 времени полета, представленного временем нарастания кромки, у вас есть линия передачи и нужно прекращение. В практическом случае, используя FR4 или эквивалентный материал с диэлектрической проницаемостью от 4 до 4,6, время прохождения составляет около 5,5 дюймов в наносекунду. Для времени нарастания 5 нс у вас есть краевой переход длиной около 27,5 дюймов. Если вы возьмете 1/5 от этого, вы получите 5,5 дюймов. Поэтому, если длина вашей трассы PWB превышает 5,5 дюйма, вы должны использовать согласующий резистор, соответствующий согласованному сопротивлению (для соединения точка-точка).

Если у вас есть трассы 50 Ом, резистор должен быть 50 Ом минус сопротивление источника драйвера (для окончания серии отраженных волн). Начните с резистора 20 Ом. Если вы получаете чрезмерное превышение (более 5%), сделайте его больше, если вы получите уклон, уменьшите его. Это не должно быть идеально, чтобы получить хорошие результаты. В идеале, используйте программное обеспечение Hyperlynx для симуляции и получения почти идеальных результатов каждый раз.

Кстати, это уравнение .34 / Trise, является действительным уравнением для практического применения. И время нарастания обычно считается временем от 10% до 90% от напряжения сигнала (любые исключения не относятся к тому, что вы делаете). Чтобы быть более консервативным в своих проектах, используйте .5 / Trise.