Làm thế nào là thời gian tăng liên quan đến băng thông của tín hiệu?


9

Nói, tôi muốn giới hạn thời gian tăng của các cạnh tín hiệu số của mình để tránh xử lý các hiệu ứng đường truyền.

Làm cách nào để xác định tần số sóng hài tối đa trong tín hiệu của tôi khi biết rằng thời gian tăng của tôi là 5ns?

Làm cách nào để xác định tần số góc của bộ lọc thông thấp của tôi khi biết rằng thời gian giữ trên chip thu là 10ns?

Trong wikipedia tôi đã tìm thấy công thức

BW=0.34trise

nó áp dụng trong trường hợp này?


Biên tập

Tôi đã không làm cho mình rõ ràng, vì vậy tôi sẽ cố gắng giải thích dòng suy nghĩ của tôi.

Giả sử, tôi có tín hiệu 30HMz và độ dài dấu vết của tôi thấp hơn 1/10 bước sóng. Vì vậy, tôi không phải đối phó với các hiệu ứng đường truyền liên quan đến điều đó. Nhưng các cạnh của tôi là dốc - 5ns. Điều này thêm một số thành phần tần số cao vào tín hiệu của tôi có khả năng sẽ bị ảnh hưởng bởi đường truyền.

Ý tưởng của tôi là tôi làm chậm quá trình chuyển đổi cạnh đến một điểm mà tôi không phải đối phó với các hiện tượng đường truyền. Câu hỏi có hai mặt:

  • Làm thế nào để tôi tính toán thời gian tăng / giảm nhanh nhất mà với độ dài dấu vết đã cho sẽ cho phép tôi kiểm tra mạch của mình là "gộp"?
  • Làm thế nào để tôi làm chậm thời gian tăng / giảm?

Thời gian tăng / giảm là thời gian để điện áp thay đổi từ 10% đến 90% giá trị tối đa. Tôi biết cách tính tốc độ gần đúng của tín hiệu trên bảng FR4.


Tôi đã thấy câu hỏi như vậy trước đây trên trang web này, nhưng tôi không thể tìm thấy nó ngay bây giờ.
AndrejaKo

Tôi cũng không thể tìm thấy nó, vì vậy đó là lý do tại sao tôi hỏi :)
mouseuz

tỷ lệ cạnh là cơ chế chính cho EMI / RFI vì vậy có lý do chính đáng để xem xét điều này. Điện trở sê-ri sẽ giúp bạn làm chậm nó, và một số trình điều khiển cũng có ổ đĩa hiện tại thay đổi và hoặc điều khiển tốc độ cạnh.
giữ chỗ

Câu trả lời:


5

Không có mối quan hệ một đối một giữa thời gian tăng và băng thông. Bộ giới hạn tốc độ xoay là bộ lọc phi tuyến tính, do đó không thể trực tiếp được mô tả là bộ lọc thông thấp với tần số giới thiệu rõ ràng. Hãy nghĩ về nó trong miền thời gian và bạn có thể thấy rằng một hiệu ứng giới hạn tốc độ xoay hiệu ứng tỷ lệ với biên độ. Tín hiệu 5 Vpp giới hạn ở 5 V / Nhận không thể có khoảng thời gian ngắn hơn 2 sóng, tại thời điểm đó, nó suy biến thành sóng tam giác 500 kHz. Tuy nhiên, nếu biên độ chỉ cần là 1 Vpp, thì giới hạn là sóng tam giác 2,5 MHz. Vì khái niệm băng thông trở nên ít rõ ràng hơn khi bộ lọc phi tuyến tính được hình thành, nên tốt nhất bạn có thể nói về nó.

Câu trả lời của bạn cũng có thể thay đổi rất nhiều tùy thuộc vào chính xác "thời gian tăng" là gì. Đây là một thuật ngữ không bao giờ nên được sử dụng mà không có trình độ chuyên môn. Ngay cả một bộ lọc RC đơn giản cũng có thời gian tăng mơ hồ. Phản ứng bước của nó là theo cấp số nhân, không có nơi nào là "kết thúc" rõ ràng. Do đó thời gian tăng là vô hạn. Không có ngưỡng gần cuối cùng mà bạn cần được coi là đã tăng, thuật ngữ "thời gian tăng" là vô nghĩa. Đây là lý do tại sao bạn cần nói về thời gian tăng lên một phần cụ thể của giá trị cuối cùng , hoặc tốc độ xoay.

Do đó, phương trình bạn trang web hoàn toàn sai, ít nhất là không có một bộ bằng cấp. Có lẽ những người được tìm thấy trên trang bạn đã nhận được nó, nhưng trích dẫn nó ra khỏi bối cảnh làm cho nó sai. Câu hỏi của bạn là không thể thay đổi trong hình thức hiện tại của nó.

Thêm:

Bây giờ bạn nói rằng vấn đề thực sự là giới hạn tần số cao từ các cạnh sắc nét để các phần của tín hiệu không đi vào dải tần nơi dây của bạn trở thành đường truyền. Điều này có ít trực tiếp để làm với thời gian tăng. Vì vấn đề thực sự là nội dung tần số, giải quyết trực tiếp. Cách đơn giản nhất có lẽ là bộ lọc thông thấp RC. Đặt nó ở mức cao hơn tần số quan tâm cao nhất của tín hiệu và thấp hơn tần số mà hệ thống của bạn không còn có thể được coi là gộp lại. Nếu không có không gian tần số giữa những thứ này, thì bạn không thể là thứ bạn muốn. Trong trường hợp đó, bạn cần sử dụng tín hiệu băng thông thấp hơn, dây ngắn hơn hoặc xử lý các khía cạnh đường truyền của dây.

Trong trường hợp của bạn, bạn nói tần suất quan tâm cao nhất là 30 MHz, vì vậy hãy điều chỉnh bộ lọc theo mức đó hoặc cao hơn một chút, giả sử 50 MHz vì điều đó sẽ giữ nguyên tín hiệu mong muốn của bạn. Bước sóng 50 MHz là 6 mét trong không gian trống. Bạn đã không nói trở kháng của đường truyền của bạn là gì, nhưng hãy truyền hình sẽ bằng một nửa tốc độ ánh sáng, để lại bước sóng 3 mét trên dây. Để khá an toàn, chỉ cần bỏ qua các vấn đề về đường truyền, bạn muốn dây có bước sóng 1/10 hoặc nhỏ hơn, khoảng 300 mm hoặc khoảng một feet. Vì vậy, nếu dây có chiều dài hoặc ít hơn, thì bạn có thể thêm bộ lọc RC đơn giản ở 50 MHz và quên nó đi.

Hiệu ứng đường truyền không đột nhiên xuất hiện ở một số bước sóng ma thuật liên quan đến chiều dài dây, do đó, khu vực màu xám quá dài là bao lâu. Lên đến 1/4 bước sóng thường có thể đủ ngắn. Nếu nó "dài", thì điều tốt nhất là sử dụng trình điều khiển trở kháng và bộ kết thúc ở đầu kia. Tuy nhiên, đó là cồng kềnh và cũng làm giảm tín hiệu một nửa. Bạn có thể đối phó với biên độ thấp hơn ở máy thu, hoặc tăng nó ở máy phát trước khi nó bị chia bởi trở kháng lái xe và trở kháng đặc tính của đường truyền.

Một giải pháp đơn giản hơn có thể thực hiện một số điều chỉnh thử nghiệm, chỉ đơn giản là đặt một điện trở nhỏ nối tiếp với trình điều khiển và được thực hiện với nó. Điều đó sẽ tạo thành một bộ lọc thông thấp với điện dung của cáp và bất kỳ điện dung đi lạc nào khác xung quanh. Nó không được dự đoán như một RC có chủ ý, nhưng đơn giản hơn nhiều và thường đủ tốt.


Bất cứ ai hạ thấp điều này, nếu bạn không đồng ý hoặc nghĩ rằng có điều gì đó không ổn, sẽ rất hữu ích để giải thích điều đó.
Olin Lathrop

Không phải tôi bị hạ thấp, nhưng có một mối quan hệ giữa thời gian tăng và băng thông và nó được gọi là biến đổi Fourier. Công thức mà Op đề cập đến từ đó (đó là sự đơn giản hóa các loại).
Gustavo Litovsky

1
@OlinLathrop Tôi đã thay đổi câu hỏi của mình thành âm thanh như tôi biết tôi đang nói về điều gì.
mouseuz

@ gl38: Bạn không thể mô tả mối quan hệ giữa hai thuộc tính cho đến khi các thuộc tính đó được xác định. Chỉ "thời gian tăng" không thực sự được xác định, vì vậy bạn không thể nói nó liên quan đến tần số như thế nào và chắc chắn không thể bắt đầu thực hiện các biến đổi Fourier trên nó.
Olin Lathrop

@Olin: Bạn có thể xác định một cách toán học một hàm tạo ra một xung tương đương với cùng thời gian tăng và sau đó bạn thực hiện biến đổi Fourier trên nó. Từ đó bạn sẽ có được phổ tần số và từ đó có thông tin về băng thông. Bạn nói đúng rằng anh ta cần xác định thời gian tăng thực tế nhưng thường là tăng 10% đến 90%
Gustavo Litovsky

4

Công thức đó là những gì chúng ta thường gọi là tần số đầu gối. Nó dựa trên thời gian tăng 10% -90% của tín hiệu và thường được sử dụng như một xấp xỉ để cho chúng ta biết tần suất quan tâm cao nhất có thể là gì trong tín hiệu số chúng ta đang sử dụng. Hoặc nói một cách tốt hơn nơi mà hầu hết các nội dung năng lượng tần số cao của tín hiệu đó có thể được tìm thấy. Nếu kênh của bạn có thể vượt qua băng thông đó thì về mặt lý thuyết, bạn sẽ không thấy bất kỳ sự suy giảm hoặc tăng thời gian của tín hiệu. Tất nhiên trong thực tế có những thứ khác như phản xạ có thể ảnh hưởng đến tín hiệu của bạn. Đây là Tom D tại Mentor đưa ra một lời giải thích tốt về nó trên SI-LIST.

Tôi muốn biết thêm về độ dài và vật liệu được sử dụng cho kênh của bạn. Có đủ dài để bạn cần xem xét các hiệu ứng đường truyền (dài hơn một phần tư bước sóng, một số sẽ nói bước sóng 1/6). Tôi không biết bạn đang làm gì từ bài viết của mình nên chỉ cố gắng đưa ra một số lời khuyên chung. Cố gắng làm chậm thời gian tăng của bạn theo một cách nào đó nếu bạn không cần nó, tự bản thân nó không phải là ý tưởng tồi với điều kiện trình điều khiển của bạn có thể xử lý tải bộ lọc bạn sử dụng mà không bị nổ tung.

Tại sao không chỉ đảm bảo bạn sử dụng một cấu trúc / cáp truyền dẫn thích hợp và chấm dứt đúng cách? Tôi chắc chắn rằng bạn có lý do cho dự án của bạn vì vậy chỉ là một đề xuất;)


Cảm ơn đã giải thích về nội dung năng lượng. Tôi không xây dựng bất cứ điều gì cụ thể, chỉ cố gắng xoay quanh các vấn đề với định tuyến tín hiệu số tốc độ cao và cách đối phó với nó, tôi đã biết về 1 / nth quy tắc bước sóng.
mouseuz

Cũng tốt trong trường hợp đó nếu bạn chưa có chúng, hai cuốn sách hay sẽ là Tín hiệu và Sức mạnh toàn vẹn được đơn giản hóa bởi Eric Bogatin, hoặc Thiết kế kỹ thuật số tốc độ cao của Howard Johnson. Các trang web của họ khá tốt để bethesignal.com/bogatin/index.phpsigcon.com/Pub/pubKeyword.htmlm . Tôi đã học được rất nhiều khi lần đầu tiên tôi bắt đầu đọc qua những ấn phẩm về sigcon. Ngoài ra, bạn có thể muốn tham gia freelancerists.org/archive/si-list đó là danh sách email của rất nhiều anh chàng SI sẽ trả lời câu hỏi hoặc chỉ là nơi để tìm hiểu.
Một số anh chàng phần cứng

1

Các công thức bạn trích dẫn được sử dụng cho BW các tín hiệu sẽ liên quan đến phát xạ từ các cạnh. Và có một số giả định được xây dựng trong nó, ví dụ như, hầu hết các tín hiệu kỹ thuật số ở giữa xoay trông giống như một nguồn hiện tại vào một tụ điện (tức là một đường nối tuyến tính) giảm dần ở trên và dưới. Nó cũng hợp lệ để sử dụng điều đó cho mối quan tâm đường truyền của bạn cho các phản xạ, vv và cuộn lại.

Nhưng nó không nói đến sóng hài sẽ là ~ 1 / t (tăng). tức là bạn sẽ thấy dải tần 200 MHz này trong phổ.

Đối với người nhận, bạn phải nhìn vào sơ đồ mắt để đảm bảo thời gian giữ của bạn được đáp ứng. Và đây là một kịch bản miền thời gian. Vì vậy, bạn có thể có các phần tử mạch trong đó giúp đáp ứng thời gian của bạn và không thể nhìn thấy trong mặt tần số của sự vật. Vì vậy, BW của bạn có thể được sử dụng để mô tả mọi thứ trong tương tác với thời gian giữ, nhưng bạn không nhất thiết phải lấy thời gian giữ trực tiếp từ BW. Mô hình hoặc băng ghế thử nghiệm là cách để đi đến đây.


-1

Không chắc chắn tôi đã đọc tất cả các bài viết của họ, nhưng liên quan đến bài viết gốc (từ anh chàng với thời gian tăng 5ns). Bạn nên đọc sách của Tiến sĩ Howard Johnson hoặc Lee Ritchey. Họ giải thích điều này một cách chi tiết.

Đừng cố làm chậm tín hiệu, không cần điều đó ngoại trừ trong những trường hợp đặc biệt.

Nếu bạn muốn thoát ra khỏi muck lý thuyết và tìm một giải pháp thực tế, bạn có thể sử dụng cách này: Nếu chiều dài của dấu vết dài hơn 1/5 thời gian bay được biểu thị bằng thời gian chờ của cạnh, bạn có một đường truyền và cần chấm dứt. Trong trường hợp thực tế, sử dụng FR4 hoặc vật liệu tương đương, với hằng số điện môi khoảng 4 đến 4,6, thời gian di chuyển là khoảng 5,5 inch mỗi nano giây. Đối với thời gian tăng 5ns, bạn có một chuyển tiếp cạnh dài khoảng 27,5 inch. Nếu bạn lấy 1/5 số đó bạn sẽ có được 5,5 inch. Vì vậy, nếu dấu vết PWB của bạn dài hơn 5,5 inch, bạn nên sử dụng điện trở kết thúc nối tiếp để phù hợp với trở kháng (đối với kết nối điểm tới điểm).

Nếu bạn có dấu vết 50 ohm, điện trở phải là 50 ohms trừ đi trở kháng nguồn của trình điều khiển (đối với chấm dứt chuỗi sóng phản xạ). Bắt đầu với một điện trở 20 ohm. Nếu bạn nhận được phần vượt quá mức (hơn 5%), hãy làm cho nó lớn hơn, nếu bạn có một cạnh bị lăn ra, làm cho nó nhỏ hơn. Nó không cần phải hoàn hảo để có kết quả tốt. Lý tưởng nhất là sử dụng phần mềm Hyperlynx để mô phỏng và đạt được kết quả hoàn hảo mọi lúc.

BTW, phương trình đó .34 / Trise, là một phương trình hợp lệ cho các ứng dụng thực tế. Và thời gian tăng thường được đồng ý là thời gian từ 10% đến 90% điện áp tín hiệu (mọi trường hợp ngoại lệ không áp dụng cho những gì bạn đang làm). Để thận trọng hơn trong thiết kế của bạn, hãy sử dụng .5 / Trise.


BTW - cuộc thảo luận này không liên quan gì đến bước sóng của năng lượng trong các tín hiệu, tất cả là về độ trễ lan truyền trên PWB.
Charles F

1
Chào mừng đến với EE.SE, Charles. Không cần bình luận về bài viết của riêng bạn. Bạn có thể chỉnh sửa nó.
Transitor
Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.