Compatibilità Elettromagnetica Industriale

Transcript

1 Compaibilià Eleromagneica Indusriale Noe sulle inerconnessioni e la propagaione guidaa Anonio Maffucci Universià degli Sudi di Cassino e del Laio Meridionale maffucci@unicas.i /37

2 Cenni all analisi di Signal Inegriy driver Canale di TX receiver Sudio di due aspei fondamenali in un sisema di rasmissione: Qualià del segnale ricevuo Timing OCCORRE QUASI SEMPRE UN ANALISI NEL DT 2/37

3 L analisi di Signal Inegriy Sudio di due aspei fondamenali in un sisema di rasmissione: Qualià del segnale ricevuo Timing Canale di TX ideale Canale di TX reale 3/37

4 Principali cause di deeriorameno del segnale driver campo eserno receiver ground plane bus ground plane Crossalk Riardo Aenuaione Riflessione Disorsione Campi eserni Dela I Noise Ground Bounce Radiaione 4/37

5 Principali puni criici Comporameno non ideale dei disposiivi Comporameno non ideale delle inerconnessioni Accoppiameni indesiderai con campi eserni Effei parassii legai alle disconinuià e alle erminaioni Comporameno non ideale del ground Separaione non perfea ra pare analogica e digiale Separaione non perfea ra segnali e power 5/37

6 Il problema delle inerconnessioni Chip sie mm Number of ransisors million Inerconnec widh nm Toal inerconnec lenghkm /37

7 Il problema delle inerconnessioni: effeo sul riardo del segnale 7/37

8 Richiami sulla propagaione guidaa 8/37

9 Propagaione guidaa la direione di propagaione è imposa dall asse longiudinale di una sruura guidane la propagaione lungo le alre direioni è rascurabile dielerico conduori cavo coassiale conduori linea bifilare 9/37

10 Propagaione guidaa alri esempi di sruure guidani 3 2 dielerico omogeneo erreno pisa su circuio sampao linea aerea 0/37

11 Sruure guidani: modi di propagaione modi di propagaione: soluioni paricolari delle equaioni di Maxwell nelle sruure guidani MODO TEM Trasverso Elero-Magneico modo fondamenale per sruure a connessione moleplice campo magneico campo elerico /37

12 Modi di propagaione A frequena ero esise solo il modo fondamenale TEM = Trasverso eleromagneico Al crescere della frequena vengono ecciai i modi superiori: TE = Trasverso elerico TM = Trasverso magneico Nelle condiioni di funionameno normale si cerca di non ecciare modi superiori per eviare di dissipare poena e quindi si lavora per frequene inferiori alla frequena olre la quale si innesca il primo modo TE o TM 2/37

13 Modellisica delle inerconnessioni 3/37

14 Modello di una inerconnessione i i 2 v inerconnessione v 2 Modelli concenrai: Modelli disribuii e full-wave i i 2 = 0 v v 2 = 0 i i 2 0 v v 2 0 4/37

15 Modello concenrao di una inerconnessione v i i v i 2 2 v 2 2 doppio bipolo =0 =l Se la linea è elericamene cora cioè se L R l / λ 0. può essere rappresenaa da una cella RLCG C G 5/37

16 Modello disribuio di una inerconnessione v i i v i 2 2 v 2 2 =0 =l Se la linea è elericamene lunga e il modo di propagaione è TEM le disribuioni di ensione e la correne soddisfano le equaioni delle linee: L = induana per unià di lunghea pul C = capacià pul R = resisena pul G = conduana pul v i = L Ri i v = C Gv 6/37

17 Esempi di parameri p.u.l. per sruure canoniche Linea bifilare 2a µ ε d ε µ Cavo coassiale b 2a L C L C µ = cosh π = = πε d 2a cosh µ ln 2π 2πε = b ln a b a d 2a velocià di propagaione c = = εµ empo di ransio T = l LC impedena caraerisica Z = 0 LC L C 7/37

18 Comporameno di una inerconnessione v i i v i 2 2 v 2 2 =0 =l disribuione ipica del modulo di V V linee elericamene lunghe l / λ > 0. ensione e correne sono funioni di olre che di [m] 8/37

19 Modello disribuio di una inerconnessione v i i v i 2 2 v 2 2 =0 =l linee elericamene lunghe l / > 0. suddivisione in N rai di lunghea / λ < 0. λ elericamene cori L R L R L R G C G C G C 9/37

20 Modello a linea di rasmissione: linea singola ideale v i = L i v = C L = induana per unià di lunghea C = capacià per unià di lunghea v = εµ LC = Velocià di propagaione mei omogenei Z = 0 L C impedena caraerisica T = l LC empo di ransio 20/37

21 2/37 Linea singola ideale sena perdie = v LC v Eq. delle onde / / c v c v v = / / 0 0 c v Z c v Z i = v C i i L v = = Soluione generale: onda progressiva onda regressiva LC v = impedena caraerisica empo di ransio LC T = l C L Z = 0 velocià di propagaione

22 Effeo delle linee di rasmissione: riardo R s v s R L V.2 v v riardo di propagaione T = l LC ns 3 22/37

23 Effeo delle linee di rasmissione: overshoos ˆv 2 ˆv disadaameno ra carichi ed impedena caraerisica R L > Z /T /T 23/37

24 Effeo delle linee di rasmissione: undershoos ˆv disadaameno ra carichi ed impedena caraerisica R L < Z /T 24/37

25 Modellisica delle linee di rasmissione ecnica della segmenaione: linea singola ideale C L i h i h v h v h Segmeni necessari per un segnale con rise-ime r banda a 3 db: N 0 T r r C = 0.2ns l = 0cm = pf / cm L = 5nH N 35 / cm 25/37

26 Modelli equivaleni nel dominio del empo Z 0 Z 0 i i 2 2 v w w 2 v 2 2 v v 2 Z0i Z i 0 2 = = w w 2 = v2 T Z0i2 T = v T Z i T w w2 0 w = w = 0 per < T 2 w w 2 ripora all isane alla pora 2 ciò che è accaduo all isane -T alla pora ripora all isane alla pora ciò che è accaduo all isane -T alla pora 2 26/37

27 Risoluione ieraiva: approccio SPICE Z0 2 i Z Z 0 0 i 2 2 n = n n = 0 2 v w w 2 v 2 2 Z0... al generico isane n i generaori sono ermini noi W W 2 n n = W = W 2 n n T T n n T T W - - W2 2 Il modello si riduce ad una semplice coppia di generaori di Thevenin 27/37

28 Linea adaaa Z 0 Z 0 i i 2 2 v w w 2 Z 0 2 v 2 v2 = Z 0i2 w v T Z i T = w T = 0 0 w = 0 T 28/37

29 29/37 LINEA CON PERDITE: modello quasi-tem Linee con perdie indipendeni da f R = resisena per unià di lunghea G = conduana per unià di lunghea v C Gv i i L Ri v = = Linee con perdie dipendeni da f e da Z = impedena per unià di lunghea Y = ammeena per unià di lunghea ω ω = ω ω ω = ω V Y d di I Z d dv

30 Effeo delle perdie: disorsione R s V v s R L lossless RLGC skin-effec effeo delle perdie nella forma d onda dei segnali rasmessi ns 30/37

31 Un problema di inegrià di segnale: effeo della modellaione delle inerconnessioni digiali ad ala velocià 3/37

32 Inerconnessione su package 4 mm mm 5 mm 60 mm problema- ipo: rasmissione del segnale di clock V S v s T S v s R s C r r 32/37

33 Confrono ra modelli: disribuio e concenrao L = µ H/m R s C = pf/m v s C r Z 0 = Ω T = 0.2 ns l = 60 mm di dv d di d = L dv = C d d Ll Cl 33/37

34 Tensione sul riceviore V s = s r r s V R = Z 0 C = nf = µ s T = 9 µ s errore di sincronia V h disribuio concenrao 34/37

35 Tensione sul riceviore V S = s r r s V R = Z0 C = 0. nf = 0.µ s T = 0.9 µ s errore di sincronia V h riduione del margine dalla soglia disribuio concenrao 35/37

36 Tensione sul riceviore V S = s r r s V R = Z 0 C = 0.0 nf = 0 ns T = 90 ns V h disribuio concenrao 36/37

37 Tensione sul riceviore V S = s r r s V R = Z 0 C = 0. pf = 0.09 ns T = 0.3 ns [V] [ns] 2 disribuio full-wave λ confronabile con la dimensione rasversa: occorre un modello full-wave! 37/37