¿Por qué es bueno ralentizar las líneas digitales con resistencias?

Piense en una conexión de PCB (o cable) entre una salida y una entrada. Es básicamente una antena o un radiador. Agregar una resistencia en serie limitará la corriente máxima cuando la salida cambia de estado, lo que provoca una reducción en el campo magnético transitorio generado y, por lo tanto, tenderá a reducir el acoplamiento con otras partes del circuito o el mundo exterior.

fem inducida no deseada =$-N\dfrac{d\Phi}{dt}$

"N" es uno (giro) en el caso de interferencia simple entre (digamos) dos pistas de PCB.

Flujo ($\Phi$) es directamente proporcional a la corriente, por lo que agregar una resistencia mejora las cosas en dos aspectos; en primer lugar, se reduce la corriente máxima (y, por lo tanto, el flujo máximo) y, en segundo lugar, la resistencia reduce la tasa de cambio de corriente (y, por lo tanto, la tasa de cambio de flujo) y claramente esto tiene un resultado directo en la magnitud de cualquier inducida. fem porque fem es proporcional a la tasa de cambio de flujo.

A continuación, considere el tiempo de subida del voltaje en la línea cuando aumenta la resistencia: el tiempo de subida será más largo y esto significa que se reducirá el acoplamiento del campo eléctrico con otros circuitos. Esto se debe a la capacitancia parásita entre circuitos (recordando que Q = CV): -

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

Si la tasa de cambio de voltaje disminuye, entonces también disminuye el efecto de la corriente inyectada en otros circuitos (a través de la capacitancia parásita).

En cuanto al argumento de la energía en su pregunta, dado que el circuito de salida inevitablemente tiene cierta resistencia de salida, si hizo los cálculos y calculó la potencia disipada en esta resistencia cada vez que se cargó o descargó la capacitancia de entrada, encontraría que esta potencia no t cambia incluso si el valor de la resistencia cambió. Sé que no suena intuitivo, pero hemos analizado este argumento antes e intentaré encontrar la pregunta y vincularla porque es interesante.

Pruebe esta pregunta: es una de las pocas que cubren el tema de cómo se pierde energía cuando se cargan los condensadores. Hay uno más reciente que intentaré encontrar.

aquí está

El término correcto para esta función de "ralentización" es velocidad de respuesta . Agregar una resistencia reduce la velocidad de respuesta al formar un filtro RC de paso bajo con la capacitancia de entrada. Puede ver el efecto de dichas resistencias en el siguiente oscilograma (la curva verde con mayor velocidad de respuesta produce mucho más ruido):

El aumento del consumo de energía que mencionas, de hecho, no es real. Se necesita la misma cantidad de energía para cargar un capacitor, independientemente de qué tan rápido lo esté cargando. La introducción de la resistencia solo hizo visible esta pérdida de energía, mientras que sin la resistencia, las puertas de salida CMOS disipan la misma energía.

Es una simplificación excesiva pensar en la resistencia como "retardando" la línea, porque en realidad no es para eso, al menos en la señalización de alta velocidad, y parece implicar que reduciría o eliminaría la resistencia si quisiera vaya más rápido.

De hecho, es la terminación en serie de la línea de transmisión que representa la vía. Como tal, su valor, más la impedancia de salida del controlador, debe ser igual a la impedancia característica de la pista.

Cuando su controlador lanza un borde por la línea a través de la resistencia, viaja hasta el otro extremo a la mitad del voltaje final (porque hay un divisor potencial formado por la impedancia de la fuente y la impedancia de la pista) y luego se refleja en la apertura. circuito representado en el otro extremo, que duplica su voltaje al nivel máximo. El reflejo viaja de regreso a la fuente, en cuyo punto es terminado por la resistencia de la fuente (a través de la baja impedancia de los controladores de salida).

Entonces, el otro extremo obtiene un buen borde limpio, que puede usar de manera segura un retraso de propagación después de que se envió (es decir, tan pronto como sea posible), y no hay un conjunto de reflejos que se mueven hacia adelante y hacia atrás durante múltiples tiempos de ida y vuelta, que provoca EMI/diafonía y retrasos.

La desventaja es que si observa el medio de la línea, verá una forma de onda escalonada divertida, lo que significa que esta técnica no siempre es adecuada para enlaces multipunto. (Ciertamente no son relojes multipunto)

Actualizar:

Solo para aclarar, es el tiempo de subida de su señal lo que más importa en estas situaciones, no la frecuencia con la que genera bordes. En un mundo ideal, siempre tendría controladores que tuvieran tasas de borde que fueran sensibles a la frecuencia que estaba tratando de transmitir, pero ese no suele ser el caso hoy en día, y si el tiempo de subida de su controlador es corto, entonces debe pensar en El sonar. En una línea de datos, esto podría no importar (aparte de EMI), porque todo se habrá detenido antes del siguiente borde del reloj, pero en un reloj podría ser un desastre de doble reloj, incluso si es un desastre que ocurre solo un millón veces por segundo.

Howard Johnson considera que debe simular algo más de 1/6 del tiempo de subida para ver si necesita la terminación. Con un tiempo de subida de 1 ns, eso es 150 ps, ​​que es aproximadamente una pulgada. Otras personas dicen cosas como 2 pulgadas por nanosegundo de tiempo de subida es la longitud crítica para necesitar terminación.

tener que conducir una señal mucho más difícil

Al revés: la fuerza de accionamiento de una salida digital es una cantidad fija (*) basada en el tamaño de sus transistores de salida. Si tiene demasiada fuerza de conducción, obtiene un pulso de corriente grande y corto. Una resistencia lo convierte en un pulso más largo y plano. (Creo que el área debajo del pulso en el gráfico de tiempo actual es constante, pero no he hecho los cálculos).

Cuanto más agudo sea su pulso actual, más tendrá que considerar el sistema como una línea de transmisión. Luego, la resistencia aparece como una resistencia de terminación de fuente.

(*) Puede obtener algunos dispositivos con fuerza de accionamiento conmutable, pero eso solo significa que tienen múltiples transistores de salida por pin.