Treiberimpedanz Digitaltechnik

[Martin Laabs]

Hallo,

ich erstelle mir gerade ein Layout mit einem LPC2214. Das ist der
erste Prozessor mit echtem paralellen Speicherinterface den ich selber
verbaue.

Nun will ich alles richtig machen und den Bus impedanzrichtig
planen. Ich habe also in das Datenblatt geschaut und nach einer
Treiberausgangsimpedanz ausschau gehalten. Habe leider nichts
gefunden.
Mir ist durchaus bewußt, dass mir die Ausgangsimpedanz eigentlich
reichtlich egal sein kann wenn ich paralell terminiere. Aber es
interessiert mich ja schon ob der Treiber die Kapazitäten der
Perepherie schnell genug laden kann.

Und wenn jemand eine Serienterminierung vornimmt wäre es ja
schon von großenm Wert die Ausgangsimpedanz zu wissen.

Mit den Informationen die ich bis jetzt habe kann ich mir nur
eine günstige Leiterbahnbreite aussuchen, die Impedanz berechnen
und, in der Hoffnung die Speicher etc. habe eine große Impedanz
gegenüber der Leitungsimpedanz, paralell terminieren.

Das Datenblatt gibts unter:
http://www.semiconductors.philips.com/acrobat/datasheets/LPC2212_2214-02.pdf

Interessant wird es ab Seite 29. Kann man evt. aus dem Kurzschlussstrom
der "Standard Port pins" etwas abschätzen? Also 3.3V/50mA=66 Ohm.
(Und darauf hoffen, dass der Treiber der Standard Port pins den
Treibern des Businterfaces gleicht?)

Vielen Dank,
Martin Laabs

 

[Marte Schwarz]

Hallo Martin,

ich erstelle mir gerade ein Layout mit einem LPC2214. Das
....
Nun will ich alles richtig machen und den Bus impedanzrichtig
planen. Ich habe also in das Datenblatt geschaut und nach einer
Treiberausgangsimpedanz ausschau gehalten. Habe leider nichts
gefunden.

IMHO läuft der bis 60 MHz und an der Peripherie langsamer. Selbst wenn...
Wie groß willst Du denn Deine Platine machen? Bei den Leiterbahnlängen, die
Du verwenden wirst, wird die Impedanz Deiner Leitung so was von egal sein.
Deswegen hat sich auch bei Philips keiner die Mühe gemacht, das
herauszufinden. Dementsprechend wird Deine Terminierung eher mehr Stress
machen, als sie Dir helfen wird.

Just my 2 ct

Marte

 

[Martin Laabs]

Marte Schwarz <marte.schwarz@gmx.de> wrote:

Hallo Martin,

ich erstelle mir gerade ein Layout mit einem LPC2214. Das
...
Nun will ich alles richtig machen und den Bus impedanzrichtig
planen. Ich habe also in das Datenblatt geschaut und nach einer
Treiberausgangsimpedanz ausschau gehalten. Habe leider nichts
gefunden.

IMHO läuft der bis 60 MHz und an der Peripherie langsamer. Selbst wenn...
Wie groß willst Du denn Deine Platine machen? Bei den Leiterbahnlängen, die
Du verwenden wirst, wird die Impedanz Deiner Leitung so was von egal sein.

Es wird aber auf jedenfall Reflexionen geben, selbst wenn die nicht
unbedingt die Funktion stören. Aber ich möchte ja auch nicht wilde
Abstrahlungen von dem Bus.
Und ob ein schneller SRAM nicht doch auf einen reflektierten Impuls
reagiert will ich ehrlich gesagt gar nicht wissen.

Deswegen hat sich auch bei Philips keiner die Mühe gemacht, das
herauszufinden. Dementsprechend wird Deine Terminierung eher mehr Stress
machen, als sie Dir helfen wird.

Warum sollte sie mir Stess machen? Die Leitungsimpedanz kann ich ja
genau genug bestimmen und wenn ich sie am Ende paralell terminiere
kommt es zu keiner Reflexion.

Viele Grüße
Martin L.

 

[Klaus Bahner]

Hallo Martin,

ich erstelle mir gerade ein Layout mit einem LPC2214. Das ist der

Kenn ich nicht, das folgende ist also Glaskugelmodus.

Nun will ich alles richtig machen und den Bus impedanzrichtig
planen. Ich habe also in das Datenblatt geschaut und nach einer
Treiberausgangsimpedanz ausschau gehalten. Habe leider nichts
gefunden.

Dann ist das entweder ein schlechtes Datenblatt oder wie bereits
angemerkt aufgrund der Taktfrequenz in der Praxis kein wirkliches Problem.

Mir ist durchaus bewußt, dass mir die Ausgangsimpedanz eigentlich
reichtlich egal sein kann wenn ich paralell terminiere. Aber es
interessiert mich ja schon ob der Treiber die Kapazitäten der
Perepherie schnell genug laden kann.

Bei paralleler Terminierung muss der Ausgangstreiber auch die
entsprechende Leistung aufbringen koennen.

Und wenn jemand eine Serienterminierung vornimmt wäre es ja
schon von großenm Wert die Ausgangsimpedanz zu wissen.

Wenn du nichts von Philips in Erfahrung bringen kannst (gibt es
vielleicht ein Referenzdesign), dann kannst du davon ausgehen, dass die
Ausgangsimpedanz niederohmig ist und du fuegst Serienwiderstaende direkt
an den Ausgangspins ein. Wenn unbedingt erforderlich, kannst du dann mit
diesen die Ausgangsimpedanz an die Leitungsimpedanz anpassen. Wenn du
wirklich korrekt terminieren willst, kommst du ums messen und
ausprobieren auf deinem Prototyp eh nicht herum.

Interessant wird es ab Seite 29. Kann man evt. aus dem Kurzschlussstrom
der "Standard Port pins" etwas abschätzen? Also 3.3V/50mA=66 Ohm.
(Und darauf hoffen, dass der Treiber der Standard Port pins den
Treibern des Businterfaces gleicht?)

Wohl eher nicht. Der Kurzschlussstrom ist wohl eher durch maximale
Verlustleistung statische Strombegrenzung bestimmt. Bei einem OP ist der
Kurzschlussstrom auch begrenzt, nichtsdestotrotz ist die
Ausgangsimpedanz sehr viel niedriger als Ausgangsspannungshub dividiert
durch Kurzschlussstrom.


Gruss
Klaus

 

[Helmut Sennewald]

"Martin Laabs" <98malaab@gmx.de> schrieb im Newsbeitrag
news:43bvj4F1mqdckU1@news.dfncis.de...

Hallo,

ich erstelle mir gerade ein Layout mit einem LPC2214. Das ist der
erste Prozessor mit echtem paralellen Speicherinterface den ich selber
verbaue.

Nun will ich alles richtig machen und den Bus impedanzrichtig
planen. Ich habe also in das Datenblatt geschaut und nach einer
Treiberausgangsimpedanz ausschau gehalten. Habe leider nichts
gefunden.
Mir ist durchaus bewußt, dass mir die Ausgangsimpedanz eigentlich
reichtlich egal sein kann wenn ich paralell terminiere.

Hallo Martin,

Bei diesem Speicherintreface terminiert man überhaupt nicht,
wenn man so schwache Ausganstreiber hat.
Sollten deine Busleitungen aber 0,5m lang sein, dann müsstest
du in der Tat darüber nachdenken eine Serienterminierung
einzubauen. Eine statische Parallelterminierung ist bei diesen
schwächlichen Treibern unmöglich. Das einzig mögliche wäre dann
entweder nur R in Serie am Ausgang oder R-C als Abschluss.
Wenn dein Bussystem längere Leitungen hat, dann kannst du ja
zur Sicherheit Serien-R(Array) einbauen um damit zu experimentieren.

Aber es
interessiert mich ja schon ob der Treiber die Kapazitäten der
Perepherie schnell genug laden kann.
Und wenn jemand eine Serienterminierung vornimmt wäre es ja
schon von großenm Wert die Ausgangsimpedanz zu wissen.

Aha, jetzt also Serienterminierung.

Mit den Informationen die ich bis jetzt habe kann ich mir nur
eine günstige Leiterbahnbreite aussuchen, die Impedanz berechnen
und, in der Hoffnung die Speicher etc. habe eine große Impedanz
gegenüber der Leitungsimpedanz, paralell terminieren.

Du mußt die Eingangskapazität zur Leitungskapazität hinzuzählen.
Daraus kannst du dann eine korrigierte Impedanz berechnen.
Wenn die Speicher-ICs dicht nebeneinander liegen, dann ist die
Summe der Eingangskapizitäten praktisch schon so groß wie die
Leitungskapaziät. -> Z=Z_0*0.7

Das Datenblatt gibts unter:

http://www.semiconductors.philips.com/acrobat/datasheets/LPC2212_2214-02.pdf

Interessant wird es ab Seite 29. Kann man evt. aus dem Kurzschlussstrom
der "Standard Port pins" etwas abschätzen? Also 3.3V/50mA=66 Ohm.

Das ist der max. Strom, sozusagen der Kurzschlussstrom.
Aus den 66 Ohm können wir nur schätzen, daß der Ausgangswiderstand
auch kleiner 66Ohm sein kann. Die Betonung liegt auf kann.

Eine Zahl die man aus dem Datenblatt für die Impedanz nehmen kann:
0.4V bei 4mA
--> Rout_max=0.4/4=100 Ohm
Also ist der Ausganswiderstand kleiner gleich 100 Ohm.

(Und darauf hoffen, dass der Treiber der Standard Port pins den
Treibern des Businterfaces gleicht?)
Vielen Dank,
Martin Laabs

Hoffentlich, denn das Datenblatt kennt nur Portpins.

Die 4mA und 0.4V entsprechen in etwa der Spezifikation von 74HC-Gattern,
z.B. 74HC00.

Gruß
Helmut

 

On 20 Jan 2006 14:00:23 GMT, Martin Laabs <98malaab@gmx.de> wrote:

Es wird aber auf jedenfall Reflexionen geben, selbst wenn die nicht
unbedingt die Funktion stören. Aber ich möchte ja auch nicht wilde
Abstrahlungen von dem Bus.
Und ob ein schneller SRAM nicht doch auf einen reflektierten Impuls
reagiert will ich ehrlich gesagt gar nicht wissen.

Nein, zu Fehlfunktionen wird es bei typischen Frequenzen und
Boardgrössen nicht kommen - wegen der geringen Signallaufzeit am Board
- selbst die 4fache Laufzeit bei Multireflexionen spielt keine Rolle -
zudem ist da ja dann auch die "Höhe" der Störung schon sehr gering.

Etwas ganz anderes ist aber die EMV-Seite. Klar strahlen Busleitungen,
vor allem wenn sie von einem niederohmigen Treiber mit grosser
Flankensteilheit getrieben werden.

Wir haben daher direkt an der CPU und direkt am Ausgang des
Adress-Latches (mux'ed Adressen/Datenbus) Serienwiderstände (22Ohm) in
den Busleitungen. Das verbessert das Abstrahlverhalten nachhaltig.

Warum sollte sie mir Stess machen? Die Leitungsimpedanz kann ich ja
genau genug bestimmen und wenn ich sie am Ende paralell terminiere
kommt es zu keiner Reflexion.

Nope.
Du kennst die dynamischen (Aus- und) Eingangsimpedanzen deiner
Bausteine nicht. Ergo wird es auch keine "richtige" Leitungsimpedanz
geben, die du terminieren kannst. Parallel zur Leitungsimpedanz liegt
ja der Eingangswiderstand, eine getrennte Betrachtung ist wegen der
kurzen Leitungslängen unzulässig).
Da helfen nur Erfahrungswerte. Deshalb 22Ohm. ;-)

Heinz

 

[Martin Laabs]

Hallo Heinz,

Heinz Liebhart wrote:

On 20 Jan 2006 14:00:23 GMT, Martin Laabs <98malaab@gmx.de> wrote:

Wir haben daher direkt an der CPU und direkt am Ausgang des
Adress-Latches (mux'ed Adressen/Datenbus) Serienwiderstände (22Ohm) in
den Busleitungen. Das verbessert das Abstrahlverhalten nachhaltig.

Das ist mal ein Wort. Wie habt ihr dann die Leiterimpedanz gewählt?
Leistungsanpassung, also auch 220Ohm?
Denn dann kommt ja erst die halbe Spannung an und erst etwas später
den volle Pegel. (Wenn ein Baustein in der Mitte vom Bus liegt).

Warum sollte sie mir Stess machen? Die Leitungsimpedanz kann ich ja
genau genug bestimmen und wenn ich sie am Ende paralell terminiere
kommt es zu keiner Reflexion.

Nope.
Du kennst die dynamischen (Aus- und) Eingangsimpedanzen deiner
Bausteine nicht. Ergo wird es auch keine "richtige" Leitungsimpedanz
geben, die du terminieren kannst.

Ich habe es ja mit digital nicht so. Aber ist es von der Leitungs-
theorie nicht reichlich egal wie die Ausgangsimpedanz gewählt ist?
(Ich erinnere an den PA Thread).
Wenn es am Ende ordentlich terminiert ist gibt es ja keine rücklaufende
Welle die an einem nicht angepassten Eingang reflektiert werden könnte.

Wäre es nicht sogar schädlich eine Leistungsanpasung vorzunehmen? Denn
dann hätte ich ja nur den halben Pegel zur Verfügung.
(Und eine Microstrip mit 20 Ohm wird auch recht breit).

Parallel zur Leitungsimpedanz liegt
ja der Eingangswiderstand, eine getrennte Betrachtung ist wegen der
kurzen Leitungslängen unzulässig).

Ich hätte die Eingangsimpedanzen von den Bausteinen erst mal als
unendlich betrachtet.
Und selbst wenn nicht wird die Impedanz doch sicher mehr als zehn
mal die Leiterimpedanz betragen. Dann hätte ich kein schlechtes
Gewissen sie zu vernachlässigen.

Da helfen nur Erfahrungswerte. Deshalb 22Ohm. ;-)

Werde ich wohl so machen müssen.
Aber der halbe Pegel der ja eine Weile auf dem Bus anliegt stört mich
etwas. Das ist ja komplett im verbotenen Bereich der Eingangsbuffer.

Tschüss
Martin L.

 

[Norbert Hahn]

Martin Laabs <98malaab@gmx.de> wrote:

Hallo Heinz,

Heinz Liebhart wrote:
On 20 Jan 2006 14:00:23 GMT, Martin Laabs <98malaab@gmx.de> wrote:


Wir haben daher direkt an der CPU und direkt am Ausgang des
Adress-Latches (mux'ed Adressen/Datenbus) Serienwiderstände (22Ohm) in
den Busleitungen. Das verbessert das Abstrahlverhalten nachhaltig.

Das ist mal ein Wort. Wie habt ihr dann die Leiterimpedanz gewählt?
Leistungsanpassung, also auch 220Ohm?
Denn dann kommt ja erst die halbe Spannung an und erst etwas später
den volle Pegel. (Wenn ein Baustein in der Mitte vom Bus liegt).

Irgendwie habe ich etwas nicht verstanden: Bei Leistungsanpassung gibt
es keine "halbe Spannung an und erst etwas später den volle Pegel".
Was meinst Du damit?
Und wieso spielt es eine Rolle, wo eingespeist wird?

Norbert

 

[Martin Laabs]

Hallo Norbert,

Norbert Hahn <NorbertHahn@gmx.net> wrote:

Martin Laabs <98malaab@gmx.de> wrote:

Irgendwie habe ich etwas nicht verstanden: Bei Leistungsanpassung gibt
es keine "halbe Spannung an und erst etwas später den volle Pegel".
Was meinst Du damit?
Und wieso spielt es eine Rolle, wo eingespeist wird?

Mein Gedankengang war folgender: Eine leerlaufende Leitung mit
der Impedanz Z wird von einem Generator mit der Spannung U und dem
Innenwiderstand Z* gespeist.
Nach der Leitungstherorie wird sich nun beim Einschalten ein
Strom von U/(2*Z) ergeben. Das entspricht einer Spannung von
U/(2*Z)*Z=U/2. Nach der Laufzeit tau wird die Welle am Ende der
Leitung reflektiert weil ja keine Terminierung vorhanden ist. Die
Rücklaufende Welle hat die selbe Amplitude und erst wenn diese
wieder am Generator ankommt ist die Spannung auch am Anfang der
Leitung U.

Wenn man also nur *ein* Perepheriebaustein *am Ende* vom Bus anschließt
ist das kein Problem weil die Spannung am Ende der Leitung sofort von
0 auf U springt. Ist der Baustein hingegen irgendwo in der Mitte
bekommt er erst was von der hinlaufenden Welle mit (also U/2) und
danach auch was von der Rücklaufenden. In der Zwischenzeit liegt am
Eingangsbuffer also eine Spannung von U/2 an und beide Transistoren
leiten. Das führt zu einem hohen Querstrom den ich nicht haben will.

Wenn ich die Leitung paralell terminiere *und* die Ausgangsimpedanz
vom Treiber gleich der Leitungsimpedanz wähle ist der Eingangswiderstand
am Anfang der Leitung gleich der Leitungsimpedanz/Abschlussimpedanz.
Es gilt dann der Spannungsteiler und ich erreiche (immer) nur die
Hälfte der Leerlaufspannung.

Wenn ich da irgendwo einen Denkfehler habe würde ich mich freuen.

Tschüss
Martin L.

 

[MaWin]

"Martin Laabs" <98malaab@gmx.de> schrieb im Newsbeitrag
news:43kjj8F1oeisqU1@news.dfncis.de...

Mein Gedankengang war folgender: Eine leerlaufende Leitung mit
der Impedanz Z wird von einem Generator mit der Spannung U und dem
Innenwiderstand Z* gespeist.

focus.ti.com/lit/an/szza008/szza008.pdf
--
Manfred Winterhoff, reply-to invalid, use mawin at gmx dot net
homepage: http://www.geocities.com/mwinterhoff/
de.sci.electronics FAQ: http://dse-faq.elektronik-kompendium.de/
Read 'Art of Electronics' Horowitz/Hill before you ask.
Lese 'Hohe Schule der Elektronik 1+2' bevor du fragst.

 

[Martin Laabs]

Hallo Manfred,

MaWin <me@private.net> wrote:

"Martin Laabs" <98malaab@gmx.de> schrieb im Newsbeitrag
news:43kjj8F1oeisqU1@news.dfncis.de...

Mein Gedankengang war folgender: Eine leerlaufende Leitung mit
der Impedanz Z wird von einem Generator mit der Spannung U und dem
Innenwiderstand Z* gespeist.

focus.ti.com/lit/an/szza008/szza008.pdf

Das ist ganz interessant. Aber du hast nicht geschrieben was dein
Motiv war es zu posten. Ist denn mein Posting irgendwo falsch?
Das Bergeronverfahren finde ich dort aber gut erklärt. Wenn man
im Web danach sucht findet man es kaum.

Oder war es wegen Helmuts Posting die Ausgangstreiber könnten denen
von 74HC Gattern gleichen?

Tschüss
Martin L.

 

[MaWin]

"Martin Laabs" <98malaab@gmx.de> schrieb im Newsbeitrag
news:43kpdhF1odh70U1@news.dfncis.de...

Das ist ganz interessant. Aber du hast nicht geschrieben was dein
Motiv war es zu posten.

Mehr Erklaerung zu deinem Ansatz.
--
Manfred Winterhoff, reply-to invalid, use mawin at gmx dot net
homepage: http://www.geocities.com/mwinterhoff/
de.sci.electronics FAQ: http://dse-faq.elektronik-kompendium.de/
Read 'Art of Electronics' Horowitz/Hill before you ask.
Lese 'Hohe Schule der Elektronik 1+2' bevor du fragst.

 

[Marte Schwarz]

Hallo Martin,

Mein Gedankengang war folgender: Eine leerlaufende Leitung mit
der Impedanz Z wird von einem Generator mit der Spannung U und dem
Innenwiderstand Z* gespeist.
Nach der Leitungstherorie wird sich nun beim Einschalten ein
Strom von U/(2*Z) ergeben. Das entspricht einer Spannung von
U/(2*Z)*Z=U/2. Nach der Laufzeit tau wird die Welle am Ende der
Leitung reflektiert weil ja keine Terminierung vorhanden ist. Die
Rücklaufende Welle hat die selbe Amplitude und erst wenn diese
wieder am Generator ankommt ist die Spannung auch am Anfang der
Leitung U.

oder auch weniger oder auch .. je nach Abschlußimpedanz

Wenn man also nur *ein* Perepheriebaustein *am Ende* vom Bus anschließt
ist das kein Problem weil die Spannung am Ende der Leitung sofort von
0 auf U springt. Ist der Baustein hingegen irgendwo in der Mitte
bekommt er erst was von der hinlaufenden Welle mit (also U/2) und
danach auch was von der Rücklaufenden. In der Zwischenzeit liegt am
Eingangsbuffer also eine Spannung von U/2 an und beide Transistoren
leiten. Das führt zu einem hohen Querstrom den ich nicht haben will.

Über welche Leitungslängen reden wir denn hier? Selbst, wenn die
Ausbreitungsgeschwindigkeit der Welle nur bei 0.8 C sein sollte sind das auf
Deine x0 c doch nur einstellige ns. Die ist Dein Signal ohnehin in
Vielfachen unterwegs von 0 nach U.

Wenn ich die Leitung paralell terminiere *und* die Ausgangsimpedanz
vom Treiber gleich der Leitungsimpedanz wähle ist der Eingangswiderstand
am Anfang der Leitung gleich der Leitungsimpedanz/Abschlussimpedanz.
Es gilt dann der Spannungsteiler und ich erreiche (immer) nur die
Hälfte der Leerlaufspannung.

Das setzt dann zur Konsequenz, dass Du alle Ausgangstreiber mit der
doppelten Spannung betreibst. Viel Vergnügen... Scheint mir nicht so die
gängige Technik am Markt zu sein.

Vieleicht hab ich ja was überlesen, aber ein ARM7 Derivat würd ich ohne
spezielle Buffer nicht über allzulange Leitungen anschließen und im Bereich
weniger cm mach ich mir da keine Sorgen über ns Verzögerungen. Das macht
erst bei mehreren 100 MHz langsam Sinn.

Marte

 

[Helmut Sennewald]

"Martin Laabs" <98malaab@gmx.de> schrieb im Newsbeitrag
news:43kpdhF1odh70U1@news.dfncis.de...

Hallo Manfred,

MaWin <me@private.net> wrote:

"Martin Laabs" <98malaab@gmx.de> schrieb im Newsbeitrag
news:43kjj8F1oeisqU1@news.dfncis.de...

Mein Gedankengang war folgender: Eine leerlaufende Leitung mit
der Impedanz Z wird von einem Generator mit der Spannung U und dem
Innenwiderstand Z* gespeist.

focus.ti.com/lit/an/szza008/szza008.pdf

Das ist ganz interessant. Aber du hast nicht geschrieben was dein
Motiv war es zu posten. Ist denn mein Posting irgendwo falsch?
Das Bergeronverfahren finde ich dort aber gut erklärt. Wenn man
im Web danach sucht findet man es kaum.

Oder war es wegen Helmuts Posting die Ausgangstreiber könnten denen
von 74HC Gattern gleichen?

Tschüss
Martin L.

Hallo Martin,

Am Ende dieser Appnote sind Screenshots des Ausgangssignals
beim Treiben einer 50 Ohm Leitung. Wie man sieht, schafft ein
74HCxx kein Überschwingen. Also braucht der auch keinen
Serienwiderstand wenn der Wellenwierstand, inclusive der
Eingangskapzitäten, ca. 50 Ohm oder kleiner ist.

Schau dir mal diesen Schaltplan an.

http://www.olimex.com/dev/images/lpc-e22xx-sch.gif

Gruß
Helmut