Elettronica per l'informatica 10/10/2005

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1 Eleronica per l'informaica 10/10/2005 onenuo dell unià Inerconnessioni inerfacciameno saico e dinamico Inegrià di segnale analisi di inerconnessioni, driver e receiver Eleronica per l informaica Diafonia accoppiameni induivi e capaciivi, maglie comuni Disribuzione di masse e alimenazioni 1 2 Lezione 2 Inegrià di segnali meodi di analisi erminazioni commuazione su onda incidene effei del carico capaciivo Riferimeni nel eso Disposiivi reali Driver a onda incidene Esempi 5.2.7, 8, 9 Eleronica per l informaica 3 4 Indice della lezione 2 Tensione sulla linea Inegrià di segnali analisi con diagramma a raliccio commuazione su onda incidene (IWS) Il gradino di ensione impresso dal driver si muove dal generaore verso la erminazione, l onda riflessa in senso opposo, e le evenuali riflessioni successive in direzioni alerne commuazione su onda riflessa modelli di driver e receiver circuii per erminazioni effeo dello skew 5 6 Lezione D2 - DD

2 Eleronica per l'informaica 10/10/2005 Tensione sulla linea Tensione sulla linea Il gradino di ensione impresso dal driver si muove dal generaore verso la erminazione, l onda riflessa in senso opposo, e le evenuali riflessioni successive in direzioni alerne Nel diagramma a raliccio: in orizzonale: posizioni lungo la linea in vericale: empo Andameno del segnale nel empo in un qualsiasi puno della linea la ensione varia nel momeno in cui ransiano il gradino iniziale e le successive riflessioni il segnale si oiene sommando via via i conribui di onda incidene e onda riflessa 7 8 Diagramma a raliccio Diagramma a raliccio Z 0, P P 2 P 3 P 4 P 9 10 Tensione sulla linea Diagramma a raliccio - segnali Nel diagramma a raliccio: in orizzonale: posizioni lungo la linea in vericale: empo Un onda che si propaga è rappresenaa da una linea obliqua Il empo richieso per sposarsi da driver a erminazione è P P V3 = Γ D V2 V = 2 P V1 + V2 + V3 3 P Z 0, P V2 V3 V4 V1 V2 = Γ T V1 V = V1 + V2 V4 = Γ T V3 V = V1+V2+V3+V4 4 P Lezione D2 - DD

3 Eleronica per l'informaica 10/10/2005 Tensione sulla linea Diagramma a raliccio - disconinuià Nel diagramma a raliccio: in orizzonale: posizioni lungo la linea in vericale: empo Un onda che si propaga è rappresenaa da una linea obliqua Il empo richieso per sposarsi da driver a erminazione è P Su ogni disconinuià si genera un onda riflessa P V3 = Γ D V2 V = 2 P V1 + V2 + V3 Z 0, P V2 V3 V1 Disconinuià inermedia (indicae solo le prime riflessioni) V2 = Γ T V1 V = V1 + V2 V4 = Γ T V3 V = V1+V2+V3+V Tensione sulla linea Diagramma a raliccio - puno D Nel diagramma a raliccio: in orizzonale: posizioni lungo la linea in vericale: empo Un onda che si propaga è rappresenaa da una linea obliqua Il empo richieso per sposarsi da driver a erminazione è P Su ogni disconinuià si genera un onda riflessa In ogni puno la ensione varia nel momeno in cui ransiano il gradino iniziale e le varie riflessioni 15 Z 0, P V1 D1 P D2 V2 2 P V3 D3 3 P D4 V4 Isani in cui varia la ensione in D D V2 = Γ T V1 V = V1 + V2 V4 = Γ T V3 V = V1+V2+V3+V4 16 Andameno complessivo di e Visa x, della ensione su una linea Andameno delle ensioni lao driver e lao erminazione Γ posiivo da enrambi i lai onde riflesse ue con lo sesso segno gradinaa monoona Andameno nel empo e lungo la linea della ensione Riflessioni con Γ posiivo (i colori indicano la ensione) Lezione D2 - DD

4 Eleronica per l'informaica 10/10/2005 Visa x, del segnale su una linea Simulaore di linea di rasmissione Eseguibile Malab (non richiede insallazione) Vise della ensione su una linea V(x,) e V() in varie condizioni di funzionameno Reperibile nel eso e nel sio web Poliecnico Eleronica per l informaica Indice della lezione 2 asi paricolari di Γ T Inegrià di segnali analisi con diagramma a raliccio commuazione su onda incidene (IWS) commuazione su onda riflessa modelli di driver e receiver circuii per erminazioni effeo dello skew 21 Γ T = ( -Z )/( + Z ) asi paricolari significaivi: = Z ; Γ T = 0; linea adaaa: nessuna riflessione = ; Γ T = 1; linea apera: onda riflessa uguale all onda incidene = 0 ; Γ T = - 1; linea in coro circuio: onda riflessa di uguale ampiezza e segno opposo > Z : Γ posiivo, gradinaa monoona < Z : Γ negaivo, gradinaa oscillane 22 Esempi Linea erminaa su Z Linea adaaa alla erminazione Linea adaaa alla erminazione, driver con bassa Ro (IWS) Linea apera alla erminazione Linea apera alla erminazione, adaaa lao driver Linea apera alla erminazione, driver a bassa Ro Terminazione serie 23 Linea adaaa alla erminazione nessuna riflessione per qualunque driver, solo onda incidene Il livello (0) del gradino dipende da R O e Z per R O = Z gradino ½ alimenazione il primo gradino è anche la ensione di regime (0) = ( ) 24 Lezione D2 - DD

5 Eleronica per l'informaica 10/10/2005 Linea erminaa piloaa da un esremo Visa x/ del segnale su linea erminaa R O Z, P v V H = Z 0 Γ = 0 = 0 R O > Z Andameno nel empo e lungo la linea della ensione P 2 P 3 P 4 P linea adaaa (nessuna riflessione) visa (x,) Linea erminaa su Z ommuazione su onda incidene Linea adaaa alla erminazione nessuna riflessione per qualunque driver, solo onda incidene Il livello (0) del gradino dipende da R O e Z per R O = Z gradino ½ alimenazione il primo gradino è anche la ensione di regime (0) = ( ) Se R O > Z (0) < ½ alimenazione la soglia non viene mai araversaa il sisema non permee di rasferire informazione Se R O < Z, il gradino iniziale (0) è più ampio Se (0) > V IH la soglia viene superaa con l onda incidene (non occorre aendere le riflessioni) IWS (Inciden Wave Swiching) Quando viene riconosciuo il cambio di sao? TXmax = P ; TXmedio = P /2; skew K = P massimavelociàoperaiva deve superare ommuazione sull onda incidene V H R O Z, P = Z v K = 1 = 0 R O < Z TX = 0 P 2 P 3 P 4 P Eleronica per l informaica TX = P Lezione D2 - DD

6 Eleronica per l'informaica 10/10/2005 Indice della lezione 2 Linea apera alla erminazione Inegrià di segnali analisi con diagramma a raliccio commuazione su onda incidene (IWS) commuazione su onda riflessa modelli di driver e receiver circuii per erminazioni effeo dello skew 31 Γ erminazione = 1 onda riflessa eguale all onda incidene R o > Z primo gradino inferiore a ½ Vdd Γ driver posiivo ue le onde riflesse hanno la sessa polarià: gradinaa monoona viene araversaa dopo alcune riflessioni TX = K P 32 Linea apera piloaa da un esremo Linea apera, driver a bassa correne visa (x,) R O Z, P v = Z Γ = 1 = v Andameno nel empo e lungo la linea della ensione P 2 P 3 P 4 P R O > Z TX = 4 P TX = 3 P 33 Riflessioni con Γ posiivo alla erminazione e al driver 34 Andameno complessivo di V e V Linea apera, adaaa lao driver Tensioni lao driver e lao erminazione Γ posiivo da enrambi i lai onde riflesse ue con lo sesso segno gradinaa monoona Linea apera all esremo remoo e erminaa su Z lao driver: nessuna riflessione sul driver una sola riflessione alla erminazione. Il sisema va a regime dopo 2 P La commuazione avviene con la prima onda riflessa TXmedio = P ; skew K = 2 P onsumo saico nullo Lezione D2 - DD

7 Eleronica per l'informaica 10/10/2005 ommuazione su prima onda riflessa Linea apera, driver adaao visa (x,) R O Z, P v Γ = 1 v = Andameno nel empo e lungo la linea della ensione P 2 P 3 P 4 P R O = Z TX = 2 P Γ posiivo alla erminazione; nessuna riflessione al driver. TX = P Driver a bassa Ro Linea apera piloaa a bassa Ro on Ro < Z : Linea erminaa: nessuna riflessione (Γ T = 0) operazioni IWS fore consumo saico per la correne in Linea apera: onda riflessa all esremo apero (Γ T = 1) onda riflessa con inversione al driver (Γ D < 0): on Ro < Z le riflessioni lao driver causano oscillazioni R O Z, P R O < Z G < 0 oscillazioni possibili araversameni mulipli della soglia 39 P 2 P 3 P 4 P visa (x,) 40 Linea apera, driver ad ala correne Terminazione serie Andameno nel empo e lungo la linea della ensione linea apera con driver a bassa Ro (oscillazioni) Per smorzare le oscillazioni senza accrescere il consumo: TERMINAZIONE SERIE R S + R O = Z Siuazione idenica alla erminazione lao driver Il sisema va a regime dopo 2 P La commuazione avviene con il primo gradino o con la prima onda riflessa TXmedio = P ; skew K = 2 P 41 onsumo saico nullo 42 Lezione D2 - DD

8 Eleronica per l'informaica 10/10/2005 Terminazione serie Γ T = 1 RO R S Z, P Z Γ D = 0 v Eleronica per l informaica P 2 P 3 P 4 P TX = 2 P TX = P Indice della lezione 2 Quale modello? Inegrià di segnali analisi con diagramma a raliccio commuazione su onda incidene (IWS) Froni ripidi modello a linea di rasmissione commuazione su onda riflessa modelli di driver e receiver circuii per erminazioni effeo dello skew Froni leni modello a parameri concenrai (R, L, ) Modello lineare R Disposiivi: modelli lineari Fino ad ora vari modelli di inerconnessione R O INTERONNESSIONE Driver, receiver, carichi sempre lineari Driver: Ro, resisenza di uscia del driver Receiver: Ri, resisenza equivalene di ingresso i, capacià equivalene di ingresso R I 47 Driver Ro: resisenza di uscia del driver r/f: empo di salia e discesa Receiver Ri: i: resisenza equivalene di ingresso capacià equivalene di ingresso arichi qualsiasi (anche driver disabiliai): p: capacià equivalene Ze: (imp. equivalene) per analisi più precisa. 48 Lezione D2 - DD

9 Eleronica per l'informaica 10/10/2005 araerisiche reali Meodi di analisi I disposiivi reali hanno caraerisiche I,V nonlineari driver lineare driver reale Disposiivi lineari diagrammi a raliccio Disposiivi non lineari diagrammi di ergeron simulaori generali: SPIE specializzai Diagramma di bergeron - 1 Diagramma di bergeron Indice della lezione 2 Inegrià di segnali analisi con diagramma a raliccio commuazione su onda incidene (IWS) commuazione su onda riflessa Eleronica per l informaica modelli di driver e receiver circuii per erminazioni effeo dello skew Lezione D2 - DD

10 Eleronica per l'informaica 10/10/2005 orrene nelle erminazioni ircuii per erminazioni = Z : linea adaaa, nessuna riflessione erminazione: carico saico per il driver: = 70 Ω, V H = 3,5 V, I T = 50 ma le erminazioni deerminano un fore assorbimeno di correne, anche in condizioni saiche per piloare le erminazioni, il driver deve avere elevae correni di uscia (I OL, I OH ) 55 Le erminazioni hanno un fore consumo saico ircuii per ridurre il consumo (saico) collegameno a una ensione inermedia pariore, regolaore source/sink condensaore in serie elimina la dissipazione saica sposa il valor medio del segnale erminazione su buffer solo consumo dinamico 56 ircuii per erminazioni Linea piloaa da un puno inermedio Unica resisenza di valore, collegaa a una ensione (inermedia ra GND e L ), per ridurre il consumo Se la ensione è ricavaa da un pariore aumena il consumo; conviene sia fornia da un regolaore con capacià di erogare e assorbire correne R 1 R 2 = R 2 /(R 1 + R 2 ) =R 1 //R 2 Il generaore collegao in un puno inermedio vede un carico Z /2 non è possibile uilizzare erminazione serie Per eviare riflessioni la linea deve essere erminaa ad enrambi gli esremi con = Z Una capacià in serie annulla la correne in condizioni saiche; il valor medio del segnale si sposa a seconda del duy cycle RT Z Z In condizioni saiche la ensione ai capi di è nulla, quindi il circuio consuma solo nelle ransizioni. Z / Quando usare erminazione serie Quando usare erminazione serie Linee piloae da un puno inermedio carico Z /2 il puno di giunzione con il driver ha sempre impedenza < Z (Z // R O driver) non è possibile adaare lao driver Linee piloae da un puno inermedio carico Z /2 il puno di giunzione con il driver ha sempre impedenza < Z (Z // R O driver) non è possibile adaare lao driver Vanaggi della erminazione serie consumo Limii della erminazione serie impossibile per piloaggio da puno inermedio Lezione D2 - DD

11 Eleronica per l'informaica 10/10/2005 Effeo dei carichi ollegameni a bus Gli ingressi MOS sono carichi capaciivi aumena la capacià uniaria u Non caricare le linee eserne con i circuii inerni abbassa l impedenza caraerisica Z diminuisce il livello del primo gradino richiede erminazioni più basse (maggiore consumo) rallena la velocià di propagazione U aumenano empo di rasmissione ( TX ) e skew ( K ) È opporuno limiare il carico capaciivo componeni SMD, pise brevi buffer separaori 61 non correo 62 ollegameni a bus Non caricare le linee eserne con i circuii inerni buffer e ransceiver di separazione ransceiver Eleronica per l informaica non correo correo Indice della lezione 2 Skew Inegrià di segnali analisi con diagramma a raliccio commuazione su onda incidene (IWS) commuazione su onda riflessa modelli di driver e receiver circuii per erminazioni effeo dello skew 65 Il empo di rasmissione dipende da: caraerisiche del driver (ensioni e correne di uscia) caraerisiche dell inerconnessione (impedenza, velocià di propagazione, carichi, perdie) caraerisiche del receiver (correni, soglie) i parameri variano da un sisema all alro e dipendono dalle condizioni operaive (alimenazioni, emperaura,...) Le variazioni deerminano lo skew 66 Lezione D2 - DD

12 Eleronica per l'informaica 10/10/2005 Tempo di rasmissione e skew Effei dello skew 0,1 A A(D) DRIVER Z, pd 0,1 A(R) REEIVER Lo skew modifica le relazioni emporali ra i segnali Il empo di seup al riceviore è pari a quello del driver diminuio dello skew su(r) = su(d) - K A(D) A(R) TX K TX = empo di rasmissione K = SKEW segnali al driver segnali al receiver A(D) (D) A(R) (R) su(d) TX su(r) K Proocolli a livello ciclo Livelli di proocollo modello di inerconnessione Servizio offero dal livello elerico: sposameno di variabili logiche (bi) con riardo e skew Lo skew modifica i empi di se-up e di hold può causare malfunzionameni nei regisri Scopo dei proocolli livello ciclo è garanire il correo rasferimeno delle informazioni anche in presenza delle alerazioni emporali dovue allo skew 69 Dove gesire lo skew 70 Verifica lezione 2 Sommario lezione 2 ome ridurre il consumo delle erminazioni? osa vuol dire IWS? Quale erminazione bisogna uilizzare per collegameni a bus? ome possiamo deerminare l andameno nel empo del segnale, in un puno qualsiasi dell inerconnessione? Quano è il empo di rasmissione per una linea apera, adaaa al lao driver? Inegrià di segnali analisi con diagramma a raliccio rassegna di casi fondamenali erminazioni commuazione su onda incidene (IWS) commuazione sulle riflessioni effei del carico capaciivo Esercizio 2.1: Driver IWS Lezione D2 - DD

13 Eleronica per l'informaica 10/10/2005 Prossima lezione (3) Diafonia Modello per diafonia per accoppiameni L e Parameri coinvoli ome limiare la diafonia Disribuzione dell alimenazione Modello per ground bounce Riferimeni nel eso Diafonia Rumore su massa e alimenazioni 5.S2 73 Lezione D2 - DD