Recuerdo haber leído esto en alguna parte, pero no puedo encontrar la relación entre el tiempo de subida y el tiempo de propagación (es decir, ¿la longitud del rastro?) de una señal cuando los efectos de la línea de transmisión entran en vigor.
Por ejemplo, si tengo un bus SPI funcionando a 12,5 MHz. Si recorre unas pocas pulgadas a través de la traza de la PCB, no es una línea de transmisión, pero a qué distancia se convierte en una línea de transmisión (al menos en teoría). ¿Cómo calcular eso?
El límite entre los sistemas agrupados y distribuidos no está bien definido, pero hay algunos valores de uso común. Para los sistemas distribuidos se requiere la teoría de la línea de transmisión.
La distinción generalmente se hace en función de la longitud efectiva de una señal o la característica de una señal como un borde. Por lo tanto, es importante tener en cuenta el tiempo de subida y bajada de una señal y no la frecuencia. No obstante, la frecuencia impone un límite superior al tiempo de subida.
En el aire, una señal viaja con alrededor de 85 ps/in (~ 33 ps/cm). El retardo de propagación depende de la constante dieléctrica, es proporcional a la raíz cuadrada de la misma. Para una PCB con una constante dieléctrica de 4 (como FR4 que está en el rango de 3 a 5) el retardo de propagación se duplica.
Un flanco ascendente con un tiempo de subida de 1ns ocuparía una longitud de seguimiento de 1ns/(2*85ps) ~ 6in (~ 15cm). En el lado de conducción, la señal ya es alta cuando, a una distancia de 6 pulgadas, comienza a subir.
Por lo tanto, una pista de 15 cm (6 pulgadas) claramente es demasiado larga, ya que el potencial varía de menor a mayor a lo largo de la pista.
Si la longitud de la pista está entre 1/6 o 1/4 de la longitud efectiva de una característica como un borde, se puede considerar que el sistema está agrupado.
Entonces, el límite superior para el ejemplo anterior está entre 6 pulg./6 (= 1 pulg., ~2,5 cm) y 6 pulg./4 (= 1,5 pulg., ~4 cm) para una traza en una PCB con una constante dieléctrica de 4.
Para señales analógicas (ondas sinusoidales, digamos), la regla general que me enseñaron es que cuando la longitud de la línea es 1/8 de la longitud de onda, debe tratarla como una línea de transmisión. Hablando en términos prácticos, la velocidad de propagación de una onda electromagnética está determinada por el dieléctrico en el que viaja la onda. Para las PCB, normalmente es alrededor de C/2, donde C es la velocidad de la luz en el espacio. Su longitud de onda será más corta por el mismo factor de escala (longitud de onda en el espacio libre / 2). Entonces, una señal de 100 MHz estaría a 3 metros en el espacio libre. 1,5 metros en una PCB. Y 1/8 de eso son 18,75 cm.
Para las señales digitales, hay varias formas alternativas de verlo. Una forma es el tiempo de subida y el ancho de banda. La idea básica es usar el tiempo de subida para estimar el ancho de banda, luego usar la regla de señal analógica anterior, pero con el ancho de banda como frecuencia. La justificación de esto es que la onda se puede reproducir con cierta precisión siempre que tenga la mayoría del BW. Entonces, la frecuencia significativa más alta en la señal viene dada por el BW.
La regla general que he visto es que BW = 0,35/TR. BW es el ancho de banda en GHz y TR es el tiempo de subida en nanosegundos. Esta fórmula utiliza el tiempo de subida 10/90. Entonces, si su tiempo de subida es de 10 ns, entonces su ancho de banda es 0,35/10 = 0,035 GHz = 35 MHz.
Otra forma de verlo es que desea que el tiempo de vuelo de ida y vuelta de su señal sea sustancialmente menor que su tiempo de subida. Esto significa que los reflejos volverán a la fuente mientras la señal sigue subiendo o bajando. Reflexiones como esta no harán que los bordes ascendentes y descendentes sean irregulares o tengan "estantes" en ellos. Seguirán siendo suaves.
Espero que esto ayude.
keith
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Con3ro
Pedro Smith
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