Сигнальная линия в шине

Можно объединить сигналы в шину и затем получить доступ к шине в целом или выбрать определенные сигналы из шины. Виртуальный Simulink ® шина походит на связку проводов, скрепленную стяжками. Для сравнения невиртуальная шина Simulink походит на struct в коде С.

Не все блоки могут принять шины, и некоторые блоки неявно преобразуют шины в векторы. Чтобы учиться который поддержка блоков который типы шин, смотрите Способные к шине Блоки. Чтобы идентифицировать преобразования шины, смотрите, Управляют Преобразованиями Шины к вектору.

То, как вы создаете виртуальные шины, отличается на основе местоположения сигналов, что вы хотите сгруппироваться.

Чтобы фокусироваться на основных шагах, эти примеры просты, однако, шины являются самыми полезными, когда у вас есть много сигналов объединиться.

Когда вы открываете модель или создаете шину, Редактор Simulink не отображает стили линии шины. Чтобы обновить стили линии, необходимо скомпилировать модель. На вкладке Modeling Панели инструментов Simulink нажмите Update Model или Run.

Сигнальные линии группы в компоненте

Можно сгруппировать сигналы в виртуальную шину в компоненте при помощи блоков Создателя Шины.

Откройте модель в качестве примера, которая содержит три блока.

Чтобы создать шину, которая содержит выходные параметры от нескольких блоков, перетащите, чтобы выбрать блоки. В данном примере выберите блоки Sine Wave и Chirp Signal. В строке меню, которая появляется, нажмите Create Bus.

Simulink добавляет блок Bus Creator и соединяет входные параметры с тем блоком. Выход блока Bus Creator является виртуальной шиной.

Чтобы сделать идентификацию элементов шины легче, пометьте входные параметры с блоком Bus Creator. Пометьте выход блока Chirp Signal путем двойного клика по линии и ввода Chirp . Точно так же пометьте выход блока Sine Wave Sine .

Чтобы создать вторую шину, которая содержит первую шину и выход блока Step, перетащите, чтобы выбрать блоки Step и Bus Creator. В строке меню, которая появляется, нажмите Create Bus. Начиная с Sine и Chirp сигналы являются элементами входной шины, Simulink создает ту же шину независимо от того, включает ли ваш выбор Sine wave и блоки Сигнала Щебета.

Simulink добавляет другой блок Bus Creator и соединяет входные параметры с тем блоком. Выход блока Bus Creator является виртуальной шиной, которая содержит вложенную шину.

Можно вложить шины на любую глубину. Если одни из входных параметров с блоком Bus Creator являются шиной, то ее выход является иерархией шины, которая содержит по крайней мере одну вложенную шину.

Пометьте выход блока Step Step и выход первого блока Bus Creator NestedBus . Опционально, расположите блоки, чтобы улучшить удобочитаемость модели.

Соедините выход второго блока Bus Creator с блоком Scope и пометьте выход TopBus . Чтобы визуально идентифицировать шины, скомпилируйте модель путем нажатия на Update Model или работайте на вкладке Modeling Панели инструментов Simulink. Компиляция модели обновляет стили линии.

Видео:Кан шина, что это? Поймет школьник! принцип работыСкачать

SamsPcbGuide, часть 5: Трассировка сигнальных линий. Искажения в линии и согласование импедансов

Продолжаем рассмотрение трассировки печатных плат. Эту статью публикую из своего родного города Северодвинска, с благодарностью своим школьным учителям. Тема, которой она посвящена, базовая, и оттого важно с ней разобраться. Здесь будут рассмотрены отражения в сигнальных линиях и, как всегда, будут даны рекомендации по снижению искажений сигнала, в том числе с помощью различных методик согласования линий.

В предыдущей статье цикла было показано что, наличие вырезов на пути возвратного тока увеличивает индуктивность контура сигнала, что негативно влияет на уровень ЭМИ печатной платы. Однако на этом их негативное влияние не заканчивается (стоит отметить, что существуют ситуации, когда использование вырезов в опорном слое снижает уровень ЭМИ печатной платы, однако они требуют большой аккуратности с точки зрения контроля возвратных токов и не могут быть рекомендованы в общем случае). Вырез, как и другие неоднородности (переходное отверстие, ветвление дорожки, изменение ширины дорожки или расстояния от опорного слоя и т.п.) изменяют локальное значение импеданса (англ. instantaneous impedance) сигнальной линии. Любое изменение импеданса по ходу распространения сигнала приводит к изменению его амплитуды и появлению отражённого сигнала, распространяющегося обратно к источнику (рис. 1).

Амплитуды прямого и обратного сигналов относительно исходного определяются только значениями импедансов Z₁ и Z₂ на данной частоте:

Знак минус перед коэффициентами будет означать изменение фазы сигнала на 180 о . Даже если сигнальная линия однородна (под однородностью линии здесь и далее понимается постоянство геометрических параметров её сечения) на всём своём протяжении, а её импеданс постоянен и носит название волнового сопротивления (англ. characteristic impedance), отражения могут возникать не только в самой линии, но и на её концах – на стороне источника или на стороне нагрузки. Рассмотрим простую цепь (рис. 2), в которой сопротивления и источника сигнала, и нагрузки не согласованы с волновым сопротивлением однородной линии. В таком случае отражения в линии возникают многократно, постепенно затухая, и приводят к интерференционной картине – сумме сигналов. Схема образования отраженных сигналов и результаты симуляции в LTSpice для ступенчатого импульсного сигнала амплитудой 1,2 В и передним фронтом 1 нс также приведены на рисунке.

Читайте также: Давление в шинах спринтер грузовой

Дальнейшее снижение величины временной задержки приведёт к тому, что амплитудные значения пульсаций (англ. ringing) достигаться не будут. В предельном случае бесконечно короткой линии TD → 0 колебательный переходный процесс отсутствует. Отсюда следует вывод о необходимости минимизации длины линии для критических сигналов, уже упоминавшийся в предыдущей статье в связи с уменьшением индуктивности. Безусловно, реальные сигнальные линии на печатной плате имеют конечную длину, поэтому математическим критерием малости величины пульсаций является условие TD 5∙TD не выполняется или если требование к пульсациям более жёсткое, то существует три пути снижения резонансных явлений в линии:

• уменьшение TD (прежде всего за счёт уменьшения длины линии),
• увеличение t_R (снижение скорости переключений сигнала),
• согласование линии (англ. termination).

Целью всех методов согласования линии (таблица 1) является обеспечение отсутствия отражений на одном или обоих её концах. Ни один из методов не является идеальным – каждый из них имеет свои плюсы и минусы, при этом абсолютно все методы приводят к дополнительным потерям энергии. Поэтому не рекомендуется прибегать к согласованию линии, прежде чем не обеспечены минимально возможные длина линии и скорость переключения сигнала.

Таблица 1. Методы согласования сигнальной линии.

Примечания:
(1) В параллельной схеме может использоваться подключение как к общему проводу, так и к питанию.
(2) Под оптимальностью здесь понимается критерий минимизации потерь энергии.

В случае, когда сигнальная линия соединяет источник сигнала с единственной нагрузкой (англ. point-to-point), может использоваться как согласование импедансов на стороне источника, так и на стороне нагрузки. Если же нагрузок на сигнальной линии несколько (англ. multiload), то рекомендуется применять согласование на стороне нагрузки. Примеров таких схем, где отсутствие искажений сигналов всегда критично, много – распределённая схема тактирования, многоточечная шина данных, организация внешней памяти с несколькими микросхемами и др. В англоязычной литературе выделяют короткие (англ. stub) и длинные (англ. branch) ответвления сигнальной линии. Преимущество коротких ответвлений заключается в том, что они могут не иметь на конце согласующих компонентов, однако существует ограничение на их длину.

Короткие ответвления от сигнальной линии могут быть несогласованными, однако их длина должна быть минимальной и не должна превышать значения, при котором TD_STUB 1/5∙t_R.

Три основных схемы ветвления сигнальной линии на N участков приведены на рис. 3. Схема с коротким участком (критерий тот же, что и для ответвления) до разветвления приводит к повышенной нагрузке на источник сигнала. Если участок до разветвления длинный, то необходимо увеличивать импеданс ветвей. Увеличение волнового сопротивления сигнальной линии на том же слое потребует уменьшение её ширины, что может стать ограничением. Если же использовать последовательный резистор сопротивлением R = (N – 1)∙Z₀, то он образует делитель напряжения – и амплитуда сигнала на нагрузке уменьшается V_LOAD=1/N∙V_IN. Очевидно, что каждая из схем не лишена недостатков (помимо того, что повышается количество используемых компонентов), поэтому топологию с ветвлением (англ. star topology) рекомендуется применяться только тогда, когда использование топологии с основной сигнальной линией и короткими ответвлениями от неё (англ. daizy-chain topology) невозможно.

В заключение необходимо отметить, что выбор метода согласования сигнальной линии тесно связан со схемотехникой печатной платы, поэтому если разработчик отвечает только за топологию печатной платы, решение должно приниматься совместно с инженером-схемотехником с применением моделирования сигнальной линии (SPICE или специализированные программные средства). Однако вопрос о необходимости согласования линии всегда инициируется разработчиком печатной платы в случае невозможности обеспечения требуемого уровня искажений иными способами.

Статья была впервые опубликована в журнале «Компоненты и технологии» 2018, №3. Публикация на «Habr» согласована с редакцией журнала.

Видео:Для чего служит CAN-шина в сигнализацииСкачать

SamsPcbGuide, часть 4: Трассировка сигнальных линий. Минимизация индуктивности

Мир, трассировка печатной платы, май. Потому что трассировка печатной платы — это труд. И эта статья открывает целый блок, цель которого дать правильные инструменты для этой задачи. В ней обосновывается важность контроля траектории возвратного тока и минимизации индуктивности контура тока критических сигнальных линий, а также даются рекомендации по их оптимальной трассировке.

Как уже говорилось в предыдущих статьях цикла, в процессе разработки печатной платы должны учитываться возможности доступной технологии её производства. При этом под «доступностью» здесь следует понимать «доступность в заданных временных, финансовых и организационных рамках». Технологические ограничения особенно важны на этапе трассировки печатной платы. Поэтому перед началом трассировки рекомендуется изучить технологические нормы предполагаемого завода-изготовителя и создать в используемой САПР набор правил, выполнение которых будет автоматически контролироваться при трассировке печатной платы. Сразу оговорим, что хотя современные САПР и предлагают средства автоматической трассировки печатной платы, они в данной статье рассмотрены не будут и в общем случае к использованию не рекомендуются. Только для относительно простого проекта с хорошим размещением компонентов и продуманным набором правил эти средства позволяют получить качественную топологию.

Читайте также: Летние шины maxxis mp10 pragmatra

Не забываем про возвратный ток

Трассировка печатной платы – процесс, при котором разработчик задаёт пути протекания токов в слоях металлизации печатной платы. В электрических цепях токи текут по замкнутым траекториям – контурам – от положительного полюса источника напряжения к отрицательному. Поэтому необходимо понимать, что прямому току, текущему от источника напряжения к нагрузке, всегда соответствует возвратный ток, текущий от нагрузки обратно к источнику. Эта пара токов образует замкнутый контур, контроль параметров которого, особенно в случае высокочастотных сигналов, является основной задачей разработчика. Большое количество ошибок и проблем с ЭМС и ЭМИ печатных плат связано именно с тем, что разработчик не анализирует траектории и взаимное влияние возвратных токов. На рис. 1 представлен типовой контур протекания тока сигнальной линии, а цветным прямоугольником выделен участок этого контура, которому обычно уделяется большая часть внимания разработчика, тогда как оставшаяся часть контура иногда остаётся предоставленной сама себе. На рисунке также отражён тот факт, что интегральные микросхемы не являются источниками электрической энергии. Они выполняют функцию сложных ключевых элементов, тогда как источниками энергии служат батареи, конденсаторы подсистемы питания, а также внешние относительно печатной платы источники.

Когда траектория возвратного тока не задана разработчиком, она определяется топологией платы (прежде всего общего провода) и законами физики (как, впрочем, и всегда) – возникает распределение плотности тока по траекториям в обратной зависимости от их импеданса. В общем случае это распределение аналитически не выражается, однако для простых случаев решения существуют. Во второй статье цикла приводилась рекомендация располагать сигнальные слои вблизи сплошного слоя земли или питания. В такой конфигурации распределение возвратного тока в опорном слое для низкочастотного сигнала близко к равномерному (рис. 2А), так как при расширении области протекания тока импеданс, определяемый резистивной составляющей, падает. С повышением частоты определяющим становится влияние реактивной составляющей и минимальной индуктивностью обладает траектория, проходящая под сигнальной дорожкой, так как площадь петли при этом минимальна (рис. 2Б, см. первую статью). Аналитическую оценку плотности распределения возвратного тока тонкой (ширина w ≤ h) микрополосковой линии даёт следующая формула (x – расстояние от геометрического центра линии, h — высота над опорным слоем):

Такое распределение обеспечивает минимальное значение индуктивности, то есть для всех частот, для которых омическое сопротивление пренебрежимо мало по сравнению с реактивным, оно будет описываться данной формулой. Анализ распределения показывает, что в полосе ±h сосредоточено 50% тока, а в полосе ±3h – 80% тока.

Важно понимать, что реальные сигналы состоят из набора частот, имеющих некоторое спектральное распределение, при этом они чаще всего имеют шумовую часть, спектр которой может значительно отличаться от спектра самого сигнала. Например, в «низкочастотной» линии питания могут возникать значительные высокочастотные импульсные помехи при переключении цифровых микросхем. Таким образом, для низкочастотных составляющих сигнала возвратный ток распределён равномерно в широкой области вдоль кратчайшего пути, а для высокочастотных (f≳100 кГц) – сосредоточен в узкой области в максимальной близости от прямого тока.

Избегаем вырезов в опорном слое

Любое отклонение в распределении тока от оптимального приводит к увеличению индуктивности контура тока. Отклонение возникает в случае наличия вырезов (англ. split, slot, gap) в опорном слое, причиной которых могут стать сквозные механические и переходные отверстия, ряд переходных отверстий или выводов разъёма, сигнальная дорожка в опорном слое (рис. 3). Говард Джонсон в [2, раздел 5.3] приводит оценку индуктивности, вносимой узким разрывом длиной D:

где w – ширина дорожки, влияние ширины самого разрыва мало. Для сигнальной дорожки шириной w = 0,2 мм при разрыве длиной D = 1 см увеличение индуктивности составит ∆L1 ≈ 8 нГн. Для сравнения, если бы сигнальная дорожка была проведена вокруг разрыва, то её длина увеличилась бы в среднем на D, что в свою очередь при высоте дорожки над опорным слоем h = 0,25 мм привело бы к вдвое меньшему увеличению индуктивности:

Минимизируем индуктивность

Паразитная индуктивность есть у каждого элемента печатной платы – дорожки, переходного отверстия, сплошных слоёв, у паяных соединений, выводов микросхем, микропроволочной разварки. Почему важно минимизировать паразитную индуктивность критических (агрессивные источники высокочастотных помех и чувствительные слаботочные аналоговые цепи) линий? Достаточно вспомнить несколько формул, в которые индуктивность входит как параметр: формулу, связывающую поток магнитного поля и силу тока в проводнике

Читайте также: В чем отличие 185 от 195 шин

формулу, связывающую ЭДС индукции при изменении тока в проводнике

формулы частоты резонанса

Критически важно выполнять разводку высокочастотных сигнальных линий, минимизируя индуктивность контура, что достигается за счёт:

• минимизации длины печатной дорожки,
• исключения переходов между сигнальными слоями,
• близкого расположения дорожки к опорному слою,
• отсутствия разрывов в опорном слое на пути возвратного тока.

В случае отсутствия возможности устранить протяжённый разрыв в опорном слое под сигнальной линией, рекомендуется в максимальной близости с сигнальной линией расположить хотя бы один керамический конденсатор (англ. stitching capacitor), обеспечивающий путь возвратного тока через разрез. Однако с ростом частоты паразитная индуктивность конденсатора и его соединений с опорным слоем эффективность решения падает.

Оптимизируем переходы между слоями

Отдельного рассмотрения требует важный вопрос перехода дорожки между сигнальными слоями, потому что не всегда возможно исключить перекрестия для всех критических сигналов. На рис. 4 показываются пути прямых и возвратных токов для различных вариантов перехода между слоями. На рисунке условно показано влияние скин-эффекта: возвратные токи текут в поверхностном слое проводника. По увеличению количества красных стрелок можно судить об увеличении общей индуктивности пути, к которой прибавляется индуктивность переходных отверстий, а в случае различающихся опорных слоёв и индуктивность паяных соединений и последовательная индуктивность конденсатора (англ. equivalent series inductance, ESL). Кроме того, в случае опорных слоёв разного потенциала высокочастотная часть возвратного тока течёт в виде токов смещения (красные пунктирные стрелки). Помимо проблем с целостностью сигнала это приводит к возникновению шумов в данной цепи питания и повышению уровня ЭМИ [3].

250 МГц, и только после 2 ГГц распределённая ёмкость печатной платы обеспечивала достаточно низкий импеданс перехода между опорными слоями, чтобы уровень ЭМИ отличался мало. Эксперимент показывает важность исключения переходов между сигнальными слоями для высокочастотных линий.

В случаях, когда избежать перехода невозможно, рекомендуются следующие варианты в порядке приоритета:

• между двумя слоями, примыкающими к одному и тому же опорному слою (рис. 4Б),
• между двумя слоями, примыкающими к опорным слоям одного потенциала (питание/земля), при этом в максимальной близости от места смены слоя (рис. 4В) и, желательно, вдоль сигнальной линии опорные слои соединены переходными отверстиями,
• между двумя слоями, примыкающими к соседним опорным слоям разного потенциала, при этом в максимальной близости от места смены слоя опорные слои соединены как минимум двумя керамическими конденсаторами с низкой индуктивностью соединения (рис. 4Г),
• между двумя слоями, примыкающими к разнесённым опорным слоям разного потенциала, при этом в максимальной близости от места смены слоя опорные слои соединены керамическими конденсаторами с низкой индуктивностью соединения – не рекомендуется для критических сигналов с фронтами порядка 1 нс.

Смена между более, чем двумя слоями для критических сигналов не рекомендуется. Предпочитаемый опорный слой в первых двух вариантах – слой земли. Если опорным слоем является слой питания, то необходимо обеспечить низкий импеданс подсистемы питания в полосе спектра сигнала. Заметим, что чаще всего около микросхем расположено достаточно большое количество керамических конденсаторов, поэтому смена слоя сигнальной дорожкой вблизи от приёмника/передатчика наиболее оптимальна и в лучшем случае не потребует размещения дополнительных компонентов.

В сложных печатных платах множество сигнальных линий и выполнить указанные в данной статье рекомендации для всех сигналов не представляется возможным, особенно учитывая высокие требования к габаритам конечных изделий. Именно поэтому необходимо выделить группу критических высокочастотных и чувствительных сигналов и начать трассировку именно с них. При этом расположение компонентов, связанных с этой группой, должно обеспечивать возможность оптимальной разводки критических сигналов. Задача минимизации индуктивности контура тока – это лишь один из аспектов трассировки сигнальных линий, в следующих статьях цикла будут рассмотрены техники разводки и схемы согласования, снижающие отражения и перекрёстные помехи в линиях.

Литература

[1] Holloway C.L., Kuester E.F. «Closed-Form Expressions for the Current Density on the Ground Plane of a Microstrip Line, with Applications to Ground Plane Loss». IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 43, no. 5, May 1995.
[2] Johnson H. «High Speed Digital Design: A Handbook of Black Magic», Prentice Hall, 1993.
[3] Cui W., Ye X., Archambeault B., etc. «EMI Resulting from Signal Via Transitions through the DC Power Bus», IEEE International Symposium on Electromagnetic Compatibility, 2000.
[4] Ott, H.W. «Electromagnetic Compatibility Engineering», Wiley, 2009.

Статья была впервые опубликована в журнале «Компоненты и технологии» 2018, №2. Публикация на «Geektimes» согласована с редакцией журнала.

• Свежие записи
  • Нужно ли менять пружины при замене амортизаторов
  • Скрипят амортизаторы на машине что делать
  • Из чего состоит стойка амортизатора передняя
  • Чем стянуть пружину амортизатора без стяжек
  • Для чего нужны амортизаторы в автомобиле

  
  

  источники:

  https://fasad-adelante.ru/signalnaya-liniya-v-shine

  💥 Видео

  Как работает LIN шина автомобиля. K-Line L-Line шины данных. Лин шина автомобиля. Lin-bus networkСкачать

  

  Зачем нужны ЛИНИИ и ТОЧКИ на шине? ЗНАТЬ ПРИ ПОКУПКЕ!Скачать

  

  Полосы на шинах. Значение линий, цветных полос и цветных точек на шинах.Скачать

  

  Цветные метки на шинах, зачем они???Скачать

  

  LIN шина - пример работы. LIN bus exampleСкачать

  

  CAN шина👏 Как это работаетСкачать

  

  Экспресс диагностика CAN шины на автомобиле. №21Скачать

  

  Зачем нужны цветные линии на шинах! Разноцветные линии на шинах! Цветные полосы на шине!Скачать

  

  Компьютерная диагностика авто. K-линия и CAN шинаСкачать

  

  Цветные точки и полосы на новой резине. Для чего нам эта маркировка!?Скачать

  

  Подробно про CAN шинуСкачать

  

  Строю вездеход-болотоход. Шины ви-203(1500х600).мосты Nisan patrol.Электроблокировки.Раздатка БТР 70Скачать

  

  Цветные полосы на шине: как не купить брак или подделкуСкачать

  

  Простая проверка CAN шины. Сканер не видит автомобиль через OBD2. Как правильно выбрать изоленту.Скачать

  

  обзор 9-тягачей VOLVO FH500, камеры, датчики давления в шинах,Скачать

  

  Что означает МАРКИРОВКА НА ШИНАХ / Значение всех цифр и букв на резинеСкачать

  

  Как проверить CAN шину Используем симулятор ElectudeСкачать

  

  лекция 403 CAN шина- введениеСкачать