Tại sao nó là tốt để làm chậm dòng kỹ thuật số với điện trở?

Tôi đã nghe nói rằng đôi khi nên "làm chậm" một dòng kỹ thuật số bằng cách đặt một điện trở vào nó, giả sử điện trở 100 ohm giữa đầu ra của một chip và đầu vào của một chip khác (giả sử logic CMOS tiêu chuẩn; tốc độ báo hiệu khá chậm, giả sử 1-10 MHz). Các lợi ích được mô tả bao gồm giảm EMI, giảm nhiễu xuyên âm giữa các đường và giảm độ nảy trên mặt đất hoặc giảm điện áp cung cấp.

Điều khó hiểu về điều này là tổng công suất được sử dụng để chuyển đổi đầu vào dường như sẽ cao hơn một chút nếu có điện trở. Đầu vào của chip được điều khiển tương đương với một cái gì đó như tụ điện 3-5 pF (nhiều hơn hoặc ít hơn) và việc sạc qua điện trở sẽ lấy cả năng lượng được lưu trữ trong điện dung đầu vào (5 pF * (3 V) ² ) và năng lượng tiêu tan trong điện trở trong chuyển đổi (giả sử 10 ns * (3 V) ² /100 ohm). Một tính toán ngược của phong bì cho thấy năng lượng tiêu tán trong điện trở là một thứ tự cường độ lớn hơn năng lượng được lưu trữ trong điện dung đầu vào. Làm thế nào để lái xe tín hiệu khó hơn nhiều làm giảm tiếng ồn?

Hãy suy nghĩ về một kết nối PCB (hoặc dây) giữa đầu ra và đầu vào. Về cơ bản, nó là một ăng-ten hoặc bộ tản nhiệt. Việc thêm một điện trở nối tiếp sẽ hạn chế dòng điện cực đại khi đầu ra thay đổi trạng thái - điều này gây ra sự giảm từ trường thoáng qua được tạo ra và do đó sẽ có xu hướng giảm khớp nối với các phần khác của mạch hoặc thế giới bên ngoài.

Không mong muốn gây ra emf = $-N\dfrac{d\Phi}{dt}$

"N" là một (lần lượt) trong trường hợp giao thoa đơn giản giữa (giả sử) hai rãnh PCB.

Thông lượng ( ) tỷ lệ thuận với dòng điện và vì vậy việc thêm một điện trở giúp cải thiện mọi thứ trên hai lần đếm; Thứ nhất, dòng điện cực đại (và do đó từ thông cực đại) bị giảm và thứ hai, điện trở làm chậm tốc độ thay đổi của dòng điện (và do đó tốc độ thay đổi của từ thông) và rõ ràng điều này có kết quả trực tiếp về cường độ của bất kỳ cảm ứng nào emf vì emf tỷ lệ thuận với tốc độ thay đổi của từ thông.$\Phi$

Tiếp theo, hãy xem xét thời gian tăng của điện áp trên đường dây khi điện trở tăng - thời gian tăng sẽ lâu hơn và điều này có nghĩa là việc ghép điện trường với các mạch khác sẽ bị giảm. Điều này là do điện dung đi lạc giữa các mạch (nhớ rằng Q = CV): -

$\dfrac{dq}{dt} = C\dfrac{dv}{dt} = I$

Nếu tốc độ thay đổi điện áp giảm thì hiệu ứng của dòng điện được đưa vào các mạch khác (thông qua điện dung ký sinh) cũng giảm.

Đối với đối số năng lượng trong câu hỏi của bạn, do mạch đầu ra chắc chắn có một số điện trở đầu ra, nếu bạn đã làm toán và tính công suất tiêu tán trong điện trở này mỗi khi điện dung đầu vào được sạc hoặc xả, bạn sẽ thấy rằng công suất này không ' t thay đổi ngay cả khi giá trị điện trở thay đổi. Tôi biết nó không nghe có vẻ trực quan nhưng chúng tôi đã bỏ qua cuộc tranh luận này trước đây và tôi sẽ thử tìm câu hỏi và liên kết nó vì nó thú vị.

Hãy thử câu hỏi này - đây là một trong số ít đề cập đến vấn đề làm thế nào năng lượng bị mất khi sạc tụ điện. Có một cái gần đây hơn mà tôi sẽ cố gắng tìm.

Nó đây rồi

Thuật ngữ phù hợp cho tính năng "chậm lại" này là tốc độ quay . Thêm một điện trở làm giảm tốc độ xoay bằng cách hình thành bộ lọc RC thông thấp với điện dung đầu vào. Bạn có thể thấy tác dụng của các điện trở như vậy trong biểu đồ dao động sau (đường cong màu xanh lá cây với tốc độ xoay cao hơn tạo ra nhiều tiếng ồn hơn):

Mức tăng tiêu thụ năng lượng mà bạn đề cập là trong thực tế không có thật. Phải mất cùng một năng lượng để sạc một tụ điện, bất kể bạn sạc nó nhanh như thế nào. Sự ra đời của điện trở chỉ làm cho sự mất năng lượng này có thể nhìn thấy được, trong khi không có điện trở thì năng lượng tương tự bị tiêu tán bởi các cổng đầu ra CMOS.

Thật đơn giản khi nghĩ về điện trở là 'làm chậm' đường dây, bởi vì đó không thực sự là những gì nó có, ít nhất là trong tín hiệu tốc độ cao, và dường như ngụ ý rằng bạn sẽ giảm hoặc loại bỏ điện trở nếu bạn muốn đi nhanh hơn.

Trong thực tế, đó là sự chấm dứt hàng loạt cho đường truyền mà bản nhạc thể hiện. Như vậy, giá trị của nó, cộng với trở kháng đầu ra của trình điều khiển, phải bằng trở kháng đặc tính của rãnh.

Khi trình điều khiển của bạn phóng một cạnh xuống dòng qua điện trở, nó sẽ di chuyển xuống đầu xa ở một nửa điện áp cuối cùng (bởi vì có một bộ chia tiềm năng được hình thành bởi trở kháng nguồn và trở kháng theo dõi), và sau đó được phản ánh tại điểm mở mạch đại diện ở đầu xa, làm tăng gấp đôi điện áp của nó đến mức đầy đủ. Sự phản xạ di chuyển trở lại nguồn, tại điểm đó nó bị chấm dứt bởi điện trở nguồn (thông qua trở kháng thấp của các trình điều khiển đầu ra).

Vì vậy, đầu xa có một cạnh sạch đẹp, nó có thể sử dụng một độ trễ lan truyền một cách an toàn sau khi được gửi (tức là càng sớm càng tốt), và không có một bộ phản xạ nào trượt ngược và chuyển tiếp trong nhiều lần đi khứ hồi, mà gây ra EMI / nhiễu xuyên âm và sự chậm trễ.

Nhược điểm là nếu bạn nhìn vào giữa dòng, bạn sẽ thấy một dạng sóng bước vui nhộn, điều đó có nghĩa đây không phải lúc nào cũng là kỹ thuật phù hợp cho các liên kết đa hướng. (Chắc chắn không phải đồng hồ đa năng)

Cập nhật:

Chỉ cần làm rõ, đó là thời gian tăng tín hiệu của bạn, điều quan trọng nhất trong các tình huống này, không phải tần số mà bạn tạo ra các cạnh. Trong một thế giới lý tưởng, bạn sẽ luôn có các trình điều khiển có tốc độ cạnh phù hợp với tần số bạn đang truyền, nhưng điều đó thường không xảy ra hiện nay và nếu thời gian tăng trình điều khiển của bạn ngắn, thì bạn cần phải suy nghĩ về tiếng chuông. Trên một dòng dữ liệu, điều này có thể không quan trọng (ngoài EMI), bởi vì tất cả sẽ dừng lại trước cạnh đồng hồ tiếp theo, nhưng trên đồng hồ có thể là thảm họa hai đồng hồ, ngay cả khi đó là thảm họa chỉ xảy ra một triệu lần một giây

Howard Johnson cho rằng bạn nên mô phỏng bất cứ thứ gì dài hơn 1/6 thời gian tăng để xem bạn có cần chấm dứt hay không. Tại thời điểm tăng 1ns là 150 giây, tức là khoảng một inch. Những người khác nói rằng những thứ như 2 inch mỗi nano giây của thời gian tăng là độ dài quan trọng để cần chấm dứt.

phải lái một tín hiệu khó hơn nhiều

Mặt khác: cường độ ổ đĩa của đầu ra kỹ thuật số là một đại lượng cố định (*) dựa trên kích thước của các bóng bán dẫn đầu ra của nó. Nếu bạn có quá nhiều ổ đĩa, bạn sẽ có được một xung dòng ngắn lớn. Một điện trở biến nó thành một xung dài hơn, phẳng hơn. (Tôi nghĩ rằng khu vực dưới xung trên biểu đồ thời gian hiện tại là không đổi, nhưng tôi đã không thực hiện các phép toán).

Xung hiện tại của bạn càng sắc nét, bạn càng phải coi hệ thống như một đường truyền. Sau đó, điện trở xuất hiện như một điện trở kết thúc nguồn.

(*) Bạn có thể nhận được một số thiết bị có cường độ ổ đĩa có thể chuyển đổi, nhưng điều đó chỉ có nghĩa là chúng có nhiều bóng bán dẫn đầu ra trên mỗi pin.