Comment le temps de montée est-il lié à la bande passante du signal?

Dites, je veux limiter le temps de montée de mes bords de signaux numériques pour éviter de traiter les effets de ligne de transmission.

Comment puis-je déterminer la fréquence maximale des harmoniques dans mon signal sachant que mon temps de montée est, disons 5ns?

Comment puis-je déterminer la fréquence de coin de mon filtre passe-bas sachant que le temps de maintien sur la puce du récepteur est, disons, 10 ns?

Dans wikipedia, j'ai trouvé la formule

s'applique-t-il dans ce cas?

Éditer

Je n'ai pas été clair, je vais donc essayer d'expliquer ma pensée.

Dis, j'ai un signal de 30HMz et ma longueur de trace est bien en dessous de 1/10 de la longueur d'onde. Je n'ai donc pas à m'occuper des effets des lignes de transmission à cet égard. Mais mes bords sont raides - 5ns. Cela ajoute des composants haute fréquence dans mon signal qui souffriront potentiellement des effets de la ligne de transmission.

Mon idée est de ralentir les transitions de bord jusqu'à un point où je n'ai plus à faire face aux phénomènes des lignes de transmission. La question est double:

• Comment puis-je calculer le temps de montée / descente le plus rapide qui, avec la longueur de trace donnée, me permettrait de traiter mon circuit comme "en bloc"?
• comment ralentir le temps de montée / descente?

Le temps de montée / descente est le temps pour que la tension passe de 10% à 90% de la valeur maximale. Je sais comment calculer la vitesse approximative du signal sur la carte FR4.

Il n'y a pas de relation un à un entre le temps de montée et la bande passante. Un limiteur de vitesse de balayage est un filtre non linéaire, il ne peut donc pas être directement qualifié de filtre passe-bas avec une fréquence de coupure évidente. Pensez-y dans le domaine temporel, et vous pouvez voir qu'une limite de vitesse de balayage affecte les signaux proportionnellement à l'amplitude. Un signal de 5 Vpp limité à 5 V / µs ne peut pas avoir une période inférieure à 2 µs, moment auquel il dégénère en une onde triangulaire de 500 kHz. Cependant, si l'amplitude ne devait être que de 1 Vpp, alors la limite est une onde triangulaire de 2,5 MHz. Étant donné que le concept de bande passante devient moins clair lorsqu'un filtre non linéaire est envisagé, vous pouvez au mieux en parler approximativement.

Votre réponse peut également varier considérablement en fonction de ce qu'est exactement le «temps de montée». C'est un terme qui ne devrait jamais être utilisé sans une certaine qualification. Même un simple filtre RC a un temps de montée ambigu. Sa réponse échelonnée est une exponentielle sans place étant une "fin" claire. Son temps de montée est donc infini. Sans un seuil indiquant à quel point vous devez être considéré comme ayant augmenté, le terme «temps de montée» n'a pas de sens. C'est pourquoi vous devez soit parler du temps de montée à une fraction spécifique de la valeur finale , soit du taux de balayage.

L'équation de votre site est donc tout simplement fausse, au moins sans un ensemble de qualifications. Peut-être que ceux-ci se trouvent sur la page d'où vous l'avez obtenue, mais le citer hors de propos le rend faux. Votre question est sans réponse dans sa forme actuelle.

Ajoutée:

Vous dites maintenant que le véritable problème est de limiter les hautes fréquences à partir de bords tranchants afin que des parties du signal ne pénètrent pas dans la plage de fréquences où votre fil devient une ligne de transmission. Cela a peu à voir directement avec le temps de montée. Étant donné que le véritable problème est le contenu des fréquences, traitez-le directement. Le moyen le plus simple est probablement un filtre passe-bas RC. Réglez-le pour qu'il décolle au-dessus de la fréquence la plus élevée d'intérêt pour le signal, et bien en dessous de la fréquence à laquelle votre système ne peut plus être considéré comme groupé. S'il n'y a pas d'espace de fréquence entre ceux-ci, alors vous ne pouvez pas ce que vous voulez. Dans ce cas, vous devez utiliser un signal à bande passante inférieure, un fil plus court ou gérer les aspects de la ligne de transmission du fil.

Dans votre cas, vous dites que la fréquence d'intérêt la plus élevée est de 30 MHz, alors ajustez le filtre à cela ou un peu plus haut, disons 50 MHz car cela laissera votre signal souhaité à peu près intact. La longueur d'onde de 50 MHz est de 6 mètres en espace libre. Vous n'avez pas dit quelle est l'impédance de votre ligne de transmission, mais supposons que la propagation sera la moitié de la vitesse de la lumière, ce qui laisse une longueur d'onde de 3 mètres sur le fil. Pour être assez sûr tout en ignorant les problèmes de ligne de transmission, vous voulez que le fil ait une longueur d'onde de 1/10 ou moins, soit 300 mm ou environ un pied. Donc, si le fil mesure un pied ou moins, vous pouvez ajouter un simple filtre RC à 50 MHz et l'oublier.

Les effets de ligne de transmission n'apparaissent pas soudainement à une certaine longueur d'onde magique par rapport à la longueur du fil, donc combien de temps est trop long est une zone grise. Jusqu'à 1/4 longueur d'onde peut souvent être assez courte. S'il est "long", la meilleure chose à faire est d'utiliser un pilote à impédance contrôlée et un terminateur à l'autre extrémité. Cependant, cela est lourd et atténue également le signal de moitié. Vous traitez soit l'amplitude la plus faible au niveau du récepteur, soit vous l'augmentez au niveau de l'émetteur avant qu'elle ne soit divisée par l'impédance de conduite et l'impédance caractéristique de la ligne de transmission.

Une solution plus simple qui peut prendre quelques ajustements expérimentaux, consiste simplement à mettre une petite résistance en série avec le pilote et à en finir avec. Cela formera un filtre passe-bas avec la capacité du câble et toute autre capacité parasite autour. Ce n'est pas aussi prévisible qu'un RC délibéré, mais beaucoup plus simple et souvent assez bon.

Cette formule est ce que nous appelons généralement la fréquence du genou. Il est basé sur le temps de montée de 10% à 90% du signal et est généralement utilisé comme approximation pour nous dire quelle est la fréquence d'intérêt la plus élevée dans un signal numérique que nous utilisons. Ou dit une meilleure façon de trouver la majeure partie du contenu énergétique à haute fréquence de ce signal. Si votre canal peut passer cette bande passante, alors théoriquement vous ne verrez pas de dégradation ou de dégradation du temps de montée du signal. Bien sûr, dans la pratique, il y a d'autres choses comme les réflexions qui peuvent affecter votre signal. Voici Tom D de Mentor qui en donne une bonne explication sur SI-LIST.

Je serais plus intéressé à connaître la longueur et le matériel utilisé pour votre chaîne. Est-il suffisamment long pour prendre en compte les effets de ligne de transmission (plus d'un quart de longueur d'onde, certains diront 1/6 de longueur d'onde). Je ne sais pas ce que vous faites de votre poste, alors essayez simplement de donner des conseils généraux. Essayer de ralentir votre temps de montée d'une manière ou d'une autre si vous n'en avez pas besoin, n'est pas en soi une mauvaise idée à condition que votre pilote puisse gérer la charge de filtre que vous utilisez sans exploser.

Pourquoi ne pas simplement vous assurer d'utiliser une structure / câble de ligne de transmission appropriée et de terminer correctement? Je suis sûr que vous avez vos raisons pour votre projet donc juste une suggestion;)

Les formules que vous citez sont utilisées pour le BW des signaux qui seront impliqués dans l'émission des bords. Et il y a quelques hypothèses intégrées, comme par exemple, la plupart des signaux numériques à mi-course ressemblent à une source de courant dans un condensateur (c'est-à-dire une rampe linéaire) qui s'effile en haut et en bas. Il est également valable de l'utiliser pour votre préoccupation de ligne de transmission pour les réflexions, etc. et de décoller.

Mais il ne parle pas d'harmoniques qui seront ~ 1 / t (montée). c'est à dire que vous verrez ces 200 MHz éperons dans le spectre.

Pour le récepteur, vous devez regarder le diagramme des yeux pour vous assurer que vos temps de maintien sont respectés. Et ceci est un scénario de domaine temporel. Vous pouvez donc y avoir des éléments de circuit qui aident à respecter votre timing et ne sont pas visibles du côté des fréquences. Ainsi, votre BW peut être utilisé pour décrire des choses dans son interaction avec le temps d'attente, mais vous ne pouvez pas nécessairement dériver le temps d'attente directement à partir de BW. Les bancs de modélisation ou d'essai sont la voie à suivre ici.

Je ne suis pas sûr d'avoir lu tous les messages dans leur intégralité, mais en ce qui concerne le message d'origine (du gars avec le temps de montée de 5ns). Vous devriez lire les livres du Dr Howard Johnson ou de Lee Ritchey. Ils expliquent cela en détail.

N'essayez pas de ralentir le signal, cela n'est pas nécessaire sauf dans des circonstances particulières.

Si vous voulez sortir de la boue théorique et trouver une solution pratique, vous pouvez utiliser ceci: Si la longueur de la trace est supérieure à 1/5 du temps de vol représenté par le temps de montée du bord, vous avez une ligne de transmission et besoin de résiliation. Dans un cas pratique, en utilisant du FR4 ou un matériau équivalent, avec une constante diélectrique d'environ 4 à 4,6, le temps de trajet est d'environ 5,5 pouces par nanoseconde. Pour un temps de montée de 5 ns, vous avez une transition de bord d'environ 27,5 pouces de long. Si vous en prenez 1 / 5e, vous obtenez 5,5 pouces. Donc, si votre trace PWB est supérieure à 5,5 pouces, vous devez utiliser une résistance de terminaison en série pour correspondre à l'impédance (pour une connexion point à point).

Si vous avez des traces de 50 ohms, la résistance doit être de 50 ohms moins l'impédance de source du pilote (pour la terminaison de la série d'ondes réfléchies). Commencez avec une résistance de 20 ohms. Si vous obtenez un dépassement excessif (plus de 5%), agrandissez-le, si vous obtenez un bord roulé, réduisez-le. Il n'a pas besoin d'être parfait pour obtenir de bons résultats. Idéalement, utilisez le logiciel Hyperlynx pour simuler et obtenir à chaque fois des résultats parfaits.

BTW, cette équation .34 / Trise, est une équation valide pour des applications pratiques. Et le temps de montée est généralement convenu comme étant le temps de 10% à 90% de la tension du signal (aucune exception ne s'applique à ce que vous faites). Pour être plus conservateur dans vos conceptions, utilisez 0,5 / Trise.