Limiti teoremi reti elettriche (1/2)

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1 3. Elementi parassiti nelle connessioni 33 Limiti teoremi reti elettriche (1/2) 34

2 Limiti teoremi reti elettriche (2/2) 35 Elementi parassiti nelle connessioni 36

3 Resistenza parassita del collegamento 37 Unità di misure Oltre a AWG spesso si trovano mils ed inchs invece che mm e cm E.g. 6 mils = 6 x 10-3 inches = x 10-3 cm = mm Tabella di Conversione Pollici inchs Centimetri cm Millesimi di pollice mils Millimetri mm Pollici inchs cm / 2.54 mils / 1000 mm / 25.4 Centimetri cm Millesimi di pollice mils Millimetri mm inchs * 2.54 inchs / 1000 inchs * 25.4 (cm / 2.54) / 1000 cm * 10 (mils / 1000) * 2.54 (mils / 1000) * 25.4 mm / 10 (mm / 25.4) /

4 Autoinduttanza parassita dei collegamenti (1/3) Autoinduttanza - Conduttore su piano di massa Come si ricava la formula? (vedi slide 40 e 41) 39 Autoinduttanza parassita dei collegamenti (2/3) source: : [W.1 40

5 Autoinduttanza parassita dei collegamenti (3/3) Teorema immagini applicato a conduttore su piano di massa (idealmente infinito) Slide 39 vs. 41 porre s/r w = 4h/ Φ essendo s=2h e r w =Φ/2 source: : [W.1 41 Mutua induttanza parassita dei collegamenti (1/2) Valore della mutua induttanza L M nel caso di coppia di conduttori su piano di massa 42

6 Mutua induttanza parassita dei collegamenti (2/2) Formula di mutua induttanza si ricava da teorema immagini applicato ato a coppia conduttori su piano di massa (idealmente infinito) source: : [W.1 43 Capacità parassita dei collegamenti (1/2) 44

7 Capacità parassita dei collegamenti (2/2) Teorema immagini applicato a conduttore su piano di massa (idealmente infinito) source: : [W.1 Slide 44 vs. 45, porre s/r w = 4h/Φ essendo s=2h e r w =Φ/2 45 Capacità mutua parassita dei collegamenti 46

8 4. Effetti dei parassiti sui segnali (signal integrity) 47 There are two kinds of design engineers: those that have signal integrity problems, and those that will E. Bogatin, CEO - GitaTest lab, Agilent Inc 48

9 Ringing 49 Effetto ringing sul segnale di clock 50

10 Effetto del ringing: : esempio (1/3) Driver TTL (Rout( di 30 Ω e trise 2 ns) ) pilota carico capacitivo di 15 pf tramite filo in rame AWG30 di 10 cm a 5mm da piano di massa da formule precedenti calcolo i parassiti (R=25 m Ω,, L=85 nh,, C=1.3 pf) e simulo in Spice circuito equivalente R3 R1 R2 L1 V1 = 0 V2 = 3.7 TD = 0 TR = 2n V2 30 C2 15p 0 V1 = 0 V2 = 3.7 TD = 0 TR = 2n V m 85nH C1 16.3p 0 Ideale Reale 51 Effetto del ringing: : esempio (2/3) trise = 2 ns Reale ringing a 5ns con picco fino a 5.4 V Ideale No ringing 52

11 Effetto del ringing: : esempio (3/3) ma con trise = 20 ns ringing sparisce Reale ringing trascurabile Ideale No ringing 53 Innesco del ringing Dipende se il segnale innesca risonanza di gruppo RLC di circuito con parassiti Risposta in frequenza di circuito con parassiti ha picco di risonanza a 130 MHZ Problema è con segnali (digitali o analogici) con fronti di variazione veloci 54

12 Crosstalk da capacità mutua (1/2) 55 Simulo in Spice R1 4.5Vdc V4 30 C1 15p 0 C3 2p R2 V1 = 0.8 V2 = 4.5 V5 30 C2 TR = 2n 15p 0 56

13 Crosstalk da capacità mutua (2/2) Crosstalk- disturbo su seconda linea di circa 100 mv 57 Crosstalk da induttanza mutua source: : [L.2 58

14 Crosstalk da impedenza comune a massa Variazione di corrente a massa di circuito 2 causa, tramite l impedenza l comune di massa, una variazione della tensione di riferimento del l circuito 1 e viceversa source: : [L.2 59 Correnti di ritorno a massa (1/2) Le correnti di richiusura seguono sempre le linee a minima impedenza Cammino a resistenza minima source: : [L.1 A bassa frequenza (segnali lenti) le correnti si richiudono secondo il cammino a resistenza minima (si disperdono per il piano di massa) 60

15 Correnti di ritorno a massa (2/2) Ad alta frequenza (segnali digitali veloci o analogici RF) le correnti si richiudono secondo il cammino a induttanza minima Cammino a induttanza minima source: : [L.1 La corrente di ritorno giace sotto il conduttore minimizzando l area del loop del circuito e quindi la relativa induttanza 61 Crosstalk da impedenza comune di alimentazione source: : [L.2 Variazione di corrente assorbita da circuito 2 (I 2 ) causa, tramite le impedenze comune delle linee di alimentazione, una variazione della tensione di alimentazione del circuito 1 e viceversa 62

16 Esempio di fonti di crosstalk in sistema reale: ricevitore RF source: : [L.2 63 Contenuto frequenziale segnali- fronte (1/2) source: : [W.1 64

17 Contenuto frequenziale segnali- fronte (2/2) source: : [W.1 65 Contenuto frequenziale segnali- clock (1/2) source: : [W.1 66

18 Contenuto frequenziale segnali- clock (2/2) Empiricamente in letteratura si pone come limite di banda 1/2 trise o 1/π trise source: : [W.1 67 Contenuto frequenziale segnali e ringing Limite di banda 1/2 trise o 1/π trise significa: MHz per segnale trise a 2 ns che infatti innescava risonanza a 130 MHz (slide 52) MHz per segnale a trise 20 ns che non lo innescava (slide 53) 68