Evitar la diafonía entre cables improvisados

Mi configuración es la siguiente. Tengo cables de calibre 22 de 6 pies de largo que conectan los cabezales de clavija de una placa de evaluación de códecs de audio y una placa secundaria FPGA. Estoy enviando señales de reloj de 8KHz y 128KHz y una señal de datos que cambia con el reloj rápido. En la actualidad, todo lo que he hecho es retroceder las señales de la placa de audio al FPGA de regreso a la placa de audio. Puedo hacer este mismo loopback sin pasar por el FPGA y la integridad de la señal está bien. El problema es cuando enruto a través de la FPGA. En los pines de salida en cada transición de reloj rápido hay un ruido significativo en el reloj lento, tanto que a veces cambia el nivel lógico. ¿Cómo los aíslo entre sí de manera efectiva? Estos pines en la placa hija están actualmente uno al lado del otro.

¡Gracias por cualquier consejo!

¿Qué tal un enlace a la tarjeta de audio para los no psíquicos entre nosotros?
Utilice cables separados con pantallas conectadas a tierra.
No sé por qué es importante, pero esta es la placa de audio: maximintegrated.com/datasheet/index.mvp/id/7184

Respuestas (2)

Algunas cosas que probaría:

  • Usa la unidad más lenta que puedas. A estas velocidades de reloj, debería poder utilizar controladores muy lentos. No menciona un tipo específico de FPGA, pero si fuera Xilinx, estaría usando los controladores "silenciosos", o "lentos" si no están disponibles, y una corriente de unidad de 4 mA. Vea cómo se ve en el osciloscopio, aumente la corriente de la unidad si es necesario.
  • Trenza un cable de tierra con cada una de tus señales, o al menos con las señales del reloj. O si usa un cable plano, conecte a tierra a cada lado de ambos relojes. Mantenga los relojes alejados unos de otros. En el extremo, use coaxial para los relojes (pero tenga cuidado de usar una conexión a tierra muy corta para el escudo, de lo contrario, tiene muchas posibilidades de no ganar nada)

Debe pensar en cómo fluye la corriente, tanto "hacia afuera" como "hacia atrás", cada vez que la corriente de una señal se mezcla con otra (por ejemplo, usando un solo cable de retorno a tierra), tendrá problemas potenciales.

Otra sugerencia: para comprender lo que está sucediendo y poder predecir estos problemas la próxima vez, lea (y digiera interiormente :) un libro sobre la integridad de la señal.

Con el libro Howies referenciado, asegúrese de obtener también la extensa lista de erratas. O consigue uno de los libros más nuevos de Eric Bogatin o Lee Ritchey (Descargo de responsabilidad: organizo entrenamientos con Lee Ritchey + tengo su primer libro para descargar gratis en mi sitio web. A pesar de todo esto, realmente creo objetivamente que los libros que mencioné son mejores apuestas hoy si sólo lee un libro sobre el tema.)
@RolfOstergaard: Sí, el libro de Eric podría ser un mejor punto de partida en estos días. Lee no lo he leído, así que no puedo comentar.
@RolfOstergaard: actualicé el enlace "libros" para que sea más genérico.

Una imagen aquí sería realmente buena para entender su configuración.

Primero: la diafonía se acopla de forma inductiva y/o capacitiva. Si sus cables son solo cables individuales ampliamente espaciados en el aire, lo más probable es que no tenga mucho de ninguno de los dos.

En esa longitud tendrás reflejos si no lo manejas correctamente. Los reflejos pueden causar fácilmente el doble reloj. Con cables individuales en el aire, la impedancia es bastante impredecible. Debe acercar los cables a una referencia (tierra) para tener una impedancia predecible. Una buena manera de hacer esto es usar un cable plano con un patrón Gnd-Signal-Gnd-Signal-Gnd.

Una vez que haya hecho eso, puede terminar las señales usando una resistencia de terminación en serie en el extremo del controlador de cada señal, o puede programar su FPGA (si ese es el controlador de todas las señales) para tener una impedancia de salida lo suficientemente alta para que coincida con el impedancia del cable plano (en términos de FPGA, esto se denomina fuerza de transmisión de salida más baja).

El patrón GSGSG también se ocupará de otro problema (aún peor) que probablemente esté viendo. La inductancia del cable de retorno (¿único?) crea una caída de tensión (L * di/dt) cada vez que cambian las señales. Esto puede parecer diafonía. Al tener tantos cables de retorno como cables de señal, esto normalmente no es un problema.

Solo piensa en ello. Digamos que cambia 4 señales en 400ps y tiene cerca de 2uH en un solo cable de retorno con una corriente de 16mA por salida que podría crear una caída de voltaje de 4 * 2uH * 16mA/400ps (mucho más que su voltaje de suministro). En realidad, eso es una gran sobreestimación, pero seguramente verá el impacto en sus señales bastante mal.

Déjame saber si esto resolvió tu problema.

Muchas gracias por su ayuda, pero creo que ahora podría ser un problema de conexión a tierra. Creo que esos picos eran solo una cosa del microscopio, ya que quitar una de las sondas hizo que el ruido desapareciera en su mayoría en las señales. Rehice los cables y los puse en conectores estables y el ruido desapareció parcialmente. Ahora hay ruido a menos que juegue con el cable de tierra. Me gustaría seguir el consejo de Martin y retorcer un cable de tierra alrededor de cada reloj, pero los encabezados de estas señales me limitan. Hay algún terreno en el que pueda terminar en la placa de evaluación de audio.