Stimmt es, dass die charakteristische Impedanz von 50 Ohm eine Konvention für signalführende Leiterplattenspuren ist? Sind die IC-E / A-Puffer auch so ausgelegt, dass sie eine Impedanz von nahezu 50 Ohm haben, um dieser zu entsprechen?
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Antworten:
Sehr wenige tun es. Wenn im Datenblatt Ihres Chips nicht angegeben ist, dass er über eine 50-Ohm-Terminierung verfügt, ist dies mit ziemlicher Sicherheit nicht der Fall.
Herkömmliche CMOS- und TTL-Logik bietet keine passende Terminierung, obwohl einige spezielle Typen (Leitungstreiber?) Dies möglicherweise tun. Typischerweise haben Treiber eine niedrige Impedanz und Empfänger eine hohe Impedanz (mit einer gewissen Kapazität).
Herkömmliche ECL-Logik (Emitter-Coupled Logic) bietet keine passende Terminierung, obwohl diese Familie häufig bei Frequenzen verwendet wird, bei denen eine (externe) Terminierung wünschenswert ist. Typischerweise sind Treiber ungefähr 5 Ohm und Empfänger 2 oder 3 Kohm. Einige neuere Teile, die für sehr hohe Frequenzen (über 2 Gbit / s?) Entwickelt sind, bieten möglicherweise einen On-Chip-Abschluss für Eingänge (für den möglicherweise eine externe Verbindung erforderlich ist, um eine Abschlussspannung einzustellen).
CML ist der einzige mir bekannte Logiktyp, der normalerweise übereinstimmende Quellen und Empfänger bereitstellt.
LVDS Ich benutze nicht genug, um zu wissen, was typisch ist.
Informationen zu HF-Chips finden Sie im Datenblatt. Einige werden und andere bieten keine On-Chip-Terminierung.
Ein Vorteil der fehlenden On-Chip-Terminierung besteht darin, dass der Benutzer die Möglichkeit hat, eine alternative Spurimpedanz wie 75 oder 85 Ohm zu verwenden. Außerdem können mehrere Empfänger an einen einzelnen Treiber angeschlossen werden.
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Nein, 50 Ohm sind keine Konvention für PCB-Spuren, um Signale zu übertragen. Die 50 Ohm sind ein Standard für Koaxialkabel und entsprechende Verbindungen - Dutzende und Dutzende verschiedener SMA / SMB-, BNC-, Typ-N- usw. Steckverbinder.
Tatsächlich haben typische (dünne) Leiterplattenspuren eine charakteristische Impedanz von 65 - 80 - 100 Ohm bei einem typischen Stapel (7 mil oder 12 mil FR4 zwischen Masseebene und Signalschicht). Dünne Spuren sind normalerweise erforderlich, um eine angemessene Komponentendichte auf einer Leiterplatte aufrechtzuerhalten.
Wenn jedoch eine hochwertige Hochfrequenz-E / A erforderlich ist, um die 50-Ohm-Verbindung anzupassen, muss besondere Sorgfalt angewendet werden, dünne Teilzustände und breitere Leiterbahnen müssen entworfen werden, was viel mehr Platz auf der Platine beansprucht und daher die Kosten erhöht .
Die Anpassung der Impedanz, die normalerweise bei Frequenzen von 100 MHz und darüber benötigt wird, ist bei vielen MCU-Anwendungen nicht der Fall. Daher müssen Sie kein Geld für das verschwenden, was nicht benötigt wird.
Einfache digitale Logik (CMOS, TTL) verwendet einfache Ausgangspuffer, nur ein komplementäres Paar von FETs mit der richtigen Größe, um einen bestimmten Ansteuerstrom bereitzustellen. In CMOS-ICs mit geringer Leistung beträgt die typische Ansteuerungsstärke 2 mA - 4 mA. Dies ergibt eine vernünftige Übereinstimmung, um 80-100 Ohm-Spuren gut zu fahren. Ein Treiber mit einer Antriebsstärke von 6 bis 8 mA bietet eine angemessene Annäherung an einen 50-Ohm-Treiber. Treiberstufen, die 25 mA oder mehr liefern, benötigen ein passendes Netzwerk, um mit 50-Ohm-Netzen arbeiten zu können. Und dennoch sind die Wellenformen alles andere als perfekt, da die Impedanz der Ausgangstransistoren während der Signalumschaltung nicht konstant ist.
Ein echter Impedanz-gesteuerter (und Anstiegsgeschwindigkeits-gesteuerter) Ausgangspuffer besteht aus HUNDERTEN Transistoren, wenn nicht mehr. Etwa ein Dutzend (oder zwei) von ihnen werden als mehrstufige Leitern verwendet, während der Rest verschiedene Zeitabläufe für die schrittweise (sequentielle) Steuerung der Ausgangsstufen und eine Schnittstellenlogik (Register und Mittel für den sicheren Zugriff) zum Speichern des Benutzers bereitstellt -definierte Steuerelemente. Diese Puffer haben normalerweise eine gemeinsame (für einen Bus oder eine Spur) Kalibrierungsschaltung (unter Verwendung eines oder mehrerer externer Widerstände), die einige analoge Schaltungen einstellt und den erforderlichen Wert für die Terminierung bereitstellt. Viele Konstruktionen umfassen komplizierte Schaltungen, die eine automatische Neukalibrierung von Treibern im Falle von Spannungs- / Temperaturänderungen implementieren. All dies ist nicht billig und erfordert Siliziumimmobilien. Dies ist der Grund, warum nicht jede MCU ihre E / A-Impedanz gesteuert hat.
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Es ist eine Konvention, aber wir haben viele Konventionen.
Sie haben DDR3 erwähnt , also hier ist Altera zu diesem Thema .
.. aber ihre späteren Diagramme zeigen 50Ω-Spuren und On-Die-Terminierung ("ODT").
USB benötigt eine Differenzimpedanz von 90Ω.
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Angenommen, Sie haben 2,5-Volt-Schwingungen bei einer Impedanz von 50 Ohm. Angenommen, Sie haben 16 dieser Spuren. 1 Volt und 50 Ohm erfordern 20 mA; 2,5 V erfordern 50 mA. 16 dieser Signale erfordern 800 Milliampere.
Wenn Sie so viel Strom in 1 Nanosekunde über die 1nanoHenry-Gesamtinduktivität schwingen (wenn Sie diesen niedrigen Wert erreichen können), wird in der Onchip-Schiene immer noch eine Störung von 0,8 Volt erzeugt, unabhängig davon, ob GND oder VDD (MCU fährt niedrig oder MCU fährt hoch).
Somit sind mehrere dedizierte VDD / GND-Paare für solch breite Datenbusse reserviert. Kostspielig bei der Pin-Nutzung.
Angenommen, die Spuren sind jeweils 50 pF groß und müssen 2,5 Volt in 1 Nanosekunde schwingen. Was ist der Strom?
oder I = 50 pF * 2,5 V / 1 nS = 125 Milliampere pro jedem der 16 Ausgänge.
Somit sind 50 Ohm möglicherweise nicht das Problem. Die Trace- / ESD-Kapazitäten werden zur Herausforderung.
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