Зачем ставить резистор последовательно с сигнальной линией?

Много раз в цепях я вижу резистор, размещенный последовательно в сигнальной линии, а иногда даже последовательно с линией VDD MCU. Намерение этого состоит в том, чтобы сгладить шум в линии? Чем это отличается от использования маленького колпачка, например, 1 мкФ для того же?

Двумя распространенными причинами являются целостность сигнала и ограничение тока при ленивом преобразовании уровня.

Для обеспечения целостности сигнала любое несоответствие в импедансе линии передачи, образованной трассой печатной платы и присоединенными компонентами, может вызвать отражения переходов сигнала. Если им разрешено отскакивать назад и вперед вдоль трассы, отражая несоответствия в конце в течение многих циклов, пока они не исчезнут, сигналы «зазвонят» и могут быть неверно истолкованы либо по уровню, либо как дополнительные краевые переходы. Обычно выходной контакт имеет более низкий импеданс, чем трасса, а входной контакт имеет более высокий импеданс. Если вы поместите последовательный резистор со значением, соответствующим сопротивлению линии передачи, на выходной вывод, это мгновенно сформирует делитель напряжения, и напряжение волнового фронта, проходящего по линии, будет вдвое меньше выходного напряжения. На приемном конце более высокий импеданс входа по существу выглядит как разомкнутая цепь, который произведет синфазное отражение, удваивающее мгновенное напряжение обратно к оригиналу. Но если этому отражению будет позволено вернуться к низкоимпедансному выходному сигналу драйвера, оно будет отражаться не в фазе и конструктивно мешать, вычитая снова и вызывая звон. Вместо этого он поглощается последовательным резистором в драйвере, который выбран в соответствии с полным сопротивлением линии. Такое завершение источника работает довольно хорошо в двухточечных соединениях, но не так хорошо в многоточечных. Вместо этого он поглощается последовательным резистором в драйвере, который выбран в соответствии с полным сопротивлением линии. Такое завершение источника работает довольно хорошо в двухточечных соединениях, но не так хорошо в многоточечных. Вместо этого он поглощается последовательным резистором в драйвере, который выбран в соответствии с полным сопротивлением линии. Такое завершение источника работает довольно хорошо в двухточечных соединениях, но не так хорошо в многоточечных.

Текущее ограничение в ленивом переводе уровня - другая распространенная причина. КМОП-технологии разных поколений имеют разные оптимальные рабочие напряжения и могут иметь пределы повреждения, установленные крошечным физическим размером транзисторов. Кроме того, они не могут терпеть наличие на входе более высокого напряжения, чем их питание. Таким образом, большинство микросхем состоит из крошечных диодов от входов до источника питания для защиты от перенапряжения. Если вы используете питание 3,3 В от источника 5 В (или, что более вероятно, в настоящее время, если вы используете питание 1,2 или 1,8 В от источника 3,3 В), заманчиво просто положиться на эти диоды, чтобы зафиксировать напряжение сигнала до безопасного диапазона. Тем не менее, они часто не могут обрабатывать весь ток, который потенциально может быть получен от выхода с более высоким напряжением, поэтому последовательный резистор используется для ограничения тока через диод.

Да, целостность сигнала является причиной. Использование колпачка сильно замедлит край и будет не таким чистым. Стандартная книга по этой теме - « Высокоскоростной цифровой дизайн: руководство по черной магии» . Как правило, в качестве отправной точки обычно используется 22,1 Ом. Вы можете использовать инструмент моделирования целостности сигнала, такой как HyperLynx от Mentor Graphics, чтобы получить лучший анализ перед сборкой платы.

На линии VDD это не причина. Некоторые люди могут поместить резистор в миллиом Ом для измерения мощности, а затем заменить его на 0 Ом для производства. Другие, особенно аналоговые, могут установить там RC-фильтр, чтобы избавиться от шума.

На какой товар? С потребительской стороны, это, вероятно, для целостности сигнала (см. Ответ Брайана).

На инструменте разработки это может быть для текущего ограничения. Я часто добавляю резисторы 470 Ом на сигнальные линии для своих проектов для линий передачи данных, которые подключаются к внешним модулям. Ток, потребляемый цифровым входом, недостаточен для значительного падения напряжения на этом резисторе. Ограничение тока означает, что ничего (обычно) не идет в дым, если я ошибаюсь при подключении, или если что-то замыкает соединение на открытой плате. Он отличается от цоколя, потому что колпачок будет тянуть большой ток на цифровом фронте (в течение короткого, но иногда незначительного времени), что имеет обратный эффект резистора.

Я не уверен, что это то, о чем вы говорите, но небольшой резистор (<100 Ом) может быть размещен на выходе операционного усилителя, который управляет длинной линией, так что емкостная нагрузка не вызывает усилитель для колебаний.

Он также может быть использован для обеспечения того, чтобы два усилителя имели одинаковый выходной импеданс, чтобы создать сбалансированную линию, которая подавляет помехи.

Еще два ответа:

1. Добавление резистора в линию может ограничить повреждающие потоки тока, которые в противном случае были бы вызваны короткими переходными процессами высокого напряжения, например вызванными электростатическим разрядом (ESD).
2. Низкое значение резистора в линии с входом источника питания для микросхемы снизит напряжение, пропорциональное току питания микросхемы. Если известно значение резистора, можно подключить измеритель, измерить напряжение и вывести ток, не нарушая работу схемы. Схема будет работать так же с или без необходимого счетчика. В отличие от этого, если на плате имеется точка подключения для амперметра, включенного последовательно с источником питания, необходимо было бы замкнуть это соединение, когда бы не было материала.

Я видел Xilinx FPGA, запрограммированную для управления аналоговым мультиплексором строк / столбцов CMOS на имидж-сканере, мусор мультиплексора, потому что субнаносекундные цифровые фронты Xilinx стали ДАЛЕЕ НИЖЕ, а FAR НАД VDD. Это можно было наблюдать с помощью зонда с частотой 1 пФ на частоте 900 МГц (активный фетальный зонд TEK P6201, давно устарел). Ваш нормальный медленный зонд 13 пФ не показал превышения. Люди с многолетним опытом работы в этих областях дали мне указание поместить резистор 1 кОм в каждый из 6-дюймовых проводов (около 15 из этих проводов) от Xilinx до мультиплексора. Результат? Прекрасное изображение с большим количеством смещений / появилась ошибка усиления. Была добавлена ​​некоторая коррекция «горячая-холодная пластина», и вы могли видеть жар пальца, впитывающийся через лист бумаги. Что происходит? Защитные диоды, которые должны были поглощать попадания ESD любой полярности, включались в течение этих субнаносекундных под / превышений. Таким образом, миллионы раз в секунду, заряд вводился в подложку CMOS и скважины, нарушая цифровое поведение и, возможно, аналоговые сигналы, если они направлялись на grd / рельс неожиданным потоком зарядов, нуждающимся в обратном пути домой. Я помогал в отладке других схем CMOS, где только один логический вентиль был расстроен во время теста ESD, потому что не быломестный контакт сбора заряда в скважину / субстрат.

Осторожнее с резисторами на линиях VDD. Если вы не будете правильно выбирать размер колпачка, у вас может получиться пульсация подачи питания на устройство, которое может оказать отрицательное влияние на работу.

Иногда резистор или другая нагрузка добавляется параллельно к дискретному цифровому входу для компенсации распределенной емкости в длинном входном кабеле. Рассмотрим случай, когда полевой переключатель на конце длинного отрезка экранированного кабеля имеет горячий и обратный проводники. другой конец кабельной пары имеет линию 120 В переменного тока, а обратная сторона идет на вход ПЛК, DCS или другого цифрового устройства. На основании этих значений: - Напряжение питания - Емкость кабеля - Полное сопротивление устройства цифрового ввода - Напряжение включения устройства цифрового ввода Вы можете рассчитать максимальное безопасное расстояние для прокладки кабеля, чтобы вход отключался при размыкании переключателя.
Полное сопротивление кабеля и устройства ввода образуют делитель напряжения, который может привести к тому, что напряжение на входе будет выше порогового значения даже при разомкнутом переключателе.