रूटिंग 30MHz घड़ी कई बोर्डों के माध्यम से


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मैं TLC5945 एलईडी ड्राइवर का उपयोग कर रहा हूं । माइक्रोकंट्रोलर (मैं LPC1343 का उपयोग कर रहा हूं ) को आंतरिक PWM टाइमर / काउंटर के लिए एक घड़ी प्रदान करनी चाहिए। अधिकतम अनुमत घड़ी की गति 30MHz के रूप में निर्दिष्ट है।

मेरे पास TLC5945 के साथ कई बोर्ड होंगे। बोर्ड-टू-बोर्ड कनेक्टर या शॉर्ट रिबन केबल्स के माध्यम से बोर्डों को जोड़ा जाएगा, एक बोर्ड की चौड़ाई 10 सेमी है। मेरे पास अधिकतम 4 श्रृंखलाएँ होंगी।

संभवत: मैं पूर्ण 30MHz का उपयोग नहीं कर रहा हूं, लेकिन फिर भी मैं इसे सही करना चाहता हूं - मैं इसे कैसे बनाए रखते हुए घड़ी सिग्नल को रूट / कंडीशन करता हूं?

अगर मैं हर बोर्ड के आउटपुट पर 74HC245 की तरह बफर जोड़ता हूं, तो मुझे हर बफर के बाद 10ns देरी मिलेगी, मैं ऐसा नहीं चाहता। क्या मुझे विशेष "शून्य विलंब" घड़ी बफ़र्स का उपयोग करना चाहिए? मुझे किस तरह की समाप्ति योजना को रोजगार देना चाहिए?


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30MHz पर एक एकल चक्र ~ 33ns है। क्या बोर्ड के प्रति एकल चक्र का 1/3 भाग किसी मुद्दे से बड़ा है?
टॉबी लॉरेंस

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क्या शानदार सवाल और जवाब। प्रत्येक उत्तर पिछले किसी भी दोहराए बिना, समाधान में जोड़ता है!
वोरैक

जवाबों:


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30 मेगाहर्ट्ज पर्याप्त है कि आपको सिग्नल को ट्रांसमिशन लाइन समस्या के रूप में इलाज करने की आवश्यकता है। आपको विशेष रूप से कनेक्टर्स पर डिज़ाइन सहित, पूरे बोर्ड लेआउट पर ध्यान देने की आवश्यकता होगी। आपको अपने 30 मेगाहर्ट्ज सिग्नल के साथ अतिरिक्त ग्राउंड पिन लाने की आवश्यकता होगी, या संभवतः विशेष कनेक्टर का उपयोग करना होगा।

आपको अपने बोर्ड के लेआउट, परतों की संख्या के बारे में जानकारी की आवश्यकता होगी, और आपको अपने इच्छित बोर्ड निर्माता के साथ समन्वय करने की आवश्यकता हो सकती है ताकि वे आपके लिए एक विशिष्ट विशेषता प्रतिबाधा को लक्षित कर सकें, या बस ढांकता हुआ स्थिरांक जैसे पैरामीटर प्राप्त कर सकें।

ऐसा लगता है कि आप इन मुद्दों में से कई के बारे में जानते हैं, लेकिन मैंने उन्हें संबोधित करना सबसे अच्छा समझा, क्योंकि अगर आप सावधान नहीं हैं तो आपको ऐसा डिज़ाइन मिल सकता है जो कार्यात्मक हो, लेकिन बहुत सारे आरएफ का उत्सर्जन करता है और कभी नहीं मिलेगा ईएमआई परीक्षण।

सिग्नल को रूट करने के लिए दिशानिर्देश:

  • प्रतिबाधा और ट्रेस चौड़ाई की गणना करें।
  • अपनी घड़ियों को पहले रूट करें।
  • यदि संभव हो, तो सिग्नल को कभी भी एक के माध्यम से रूट न करें। यदि यह होना चाहिए, बाईपास कैपेसिटर के माध्यम से पास रखो।
  • यदि संभव हो / लागू हो, तो सिग्नल को एक आंतरिक परत के माध्यम से रूट करें (ताकि बाहरी जमीन और पावर प्लेन एक प्रकार के फैराडे केज के रूप में कार्य कर सकें)। इस मामले में, सिग्नल को एक परत पर रूट किया जाना चाहिए, जिसमें vias को छोड़कर चिप्स को एक्सेस करने की आवश्यकता होती है।
  • ग्राउंड प्लेन (या सख्ती से बोलना, एक संदर्भ विमान) के बिना सिग्नल कभी भी कहीं भी नहीं जाता है।
  • सिग्नल कभी भी बिजली के विमानों के बीच की सीमा को पार नहीं करता है।
  • कनेक्टर से गुजरते समय, इसे मैदानों से घेर लें।
  • डेज़ी श्रृंखला में, यदि संभव हो तो स्टब्स का उपयोग किए बिना घड़ी के आदानों के लिए सीधे मार्ग। Altera पीडीएफ से स्टब्स के बिना डेज़ी श्रृंखला का आरेख
  • एक लंब पर अन्य संकेतों को पार करें।
  • यदि अन्य संकेतों के साथ यात्रा करनी चाहिए, तो उन्हें मंजूरी दें। ट्रेस की चौड़ाई का चार गुना।
  • माइक्रोस्ट्रिप / स्ट्रिपलाइन, या स्रोत समाप्ति की विशेषता प्रतिबाधा के बराबर प्रतिरोध के साथ जमीन पर समानांतर समाप्ति का उपयोग करें यदि सिग्नल में केवल एक गंतव्य है। एक चर्चा के लिए इस संबंधित प्रश्न को देखें ।

बेशक, एक वास्तविक दुनिया के डिजाइन में, आपको उन दिशानिर्देशों में से कुछ को तोड़ना पड़ सकता है।

इन नियमों में से अधिकांश अवलोकन से पालन करते हैं कि उच्च आवृत्तियों पर, वापसी वर्तमान सिग्नल के करीब यात्रा करने की कोशिश करेगा, इसलिए आपको वापसी वर्तमान के लिए एक मार्ग प्रदान करना होगा। यदि रिटर्न करंट को शारीरिक रूप से अलग किया जाता है, तो आप एक परजीवी एंटीना बना रहे हैं। ग्राउंड (या पावर!) प्लेन जो रिटर्न करंट के लिए एक रास्ता प्रदान करता है उसे रेफरेंस कहा जाता है। संदर्भ विमान मत छोड़ो। यदि आपको एक से होकर गुजरना है, तो संदर्भ विमान बदल जाता है। बाईपास संधारित्र नए और पुराने संदर्भ विमानों के बीच सेट है।

आपके कनेक्टर एक समस्या उत्पन्न करेंगे, क्योंकि वे संभवतः पीसीबी से एक अलग प्रतिबाधा रखेंगे, इसलिए वे प्रतिबिंब का कारण बनेंगे और संकेत को नीचा दिखाएंगे। एक विकल्प एक प्रतिबाधा नियंत्रित कनेक्टर का उपयोग करना हो सकता है जो बोर्ड प्रतिबाधा से मेल खाता है।

फर्मवेयर की तरफ, आपको किनारे की दर को नियंत्रित करने के लिए ड्राइव की ताकत के साथ प्रयोग करने की आवश्यकता हो सकती है। अधिकतम ड्राइव की ताकत अक्सर गलत जवाब है। आपका IC विक्रेता एक IBIS मॉडल प्रदान करने में सक्षम होना चाहिए , जिसके साथ आप सिग्नल अखंडता का अनुमान लगाने के लिए सर्किट का अनुकरण कर सकते हैं। कड़ाई से बोलते हुए, यह घड़ी की आवृत्ति नहीं है जो सिग्नल अखंडता या ईएमसी समस्याओं का कारण बनता है, लेकिन बढ़त दर (उच्च और निम्न के बीच संक्रमण करने का समय) क्योंकि तेजी से किनारों आवृत्ति डोमेन में ब्रॉडबैंड ग्राहकों के रूप में प्रकट होते हैं। ड्राइव की ताकत और / या स्लीव दर को कम करने से किनारे की दर कम हो जाएगी, और हार्मोनिक उत्सर्जन में कमी आएगी, जबकि (शायद) घड़ी की घबराहट बढ़ रही है। घड़ी के रिसीवर के लिए स्वीकार्य बढ़त दर क्या है, यह देखने के लिए डेटाशीट्स की जांच करें।

मेरी समझ में यह है कि यदि आप अपना होमवर्क करते हैं, तो आपको संभवतः किसी भी प्रकार के सिग्नल रिपीटर की आवश्यकता नहीं होगी। उदाहरण के लिए एससीएसआई पर विचार करें, जो लगभग 100 मेगाहर्ट्ज पर केबल पर वितरित एक विशाल उच्च गति समानांतर बस है। यदि संभव हो, तो अपने लेआउट को अनुकरण करने के लिए हाइपरलिंक्स जैसे कार्यक्रम में निवेश करने पर विचार करें।

Altera में उच्च गति रूटिंग मुद्दों के लिए एक उत्कृष्ट मार्गदर्शिका है


महान अंतर्दृष्टि के लिए धन्यवाद। आपके उत्तर से मुझे लगता है कि ऐसा कोई तरीका नहीं है जिससे मैं DIY etched बोर्डों के साथ इसे खींच सकूं?
मूषक 12

@ माइसुज़: ठीक है, अगर यह एक शौक परियोजना है, तो आप ईएमसी के बारे में चिंतित नहीं हैं, इसलिए हो सकता है। आम सहमति यह है कि यह वरिष्ठ इंजीनियरों के लिए सही होने के लिए मुश्किल होगा, और इसे करने की कोशिश करना DIY कुछ भी आसान नहीं बनाता है। दूसरी ओर, आप घड़ी की आवृत्ति कम कर सकते हैं यदि यह इस मामले में काम नहीं करता है। मैं डेज़ी श्रृंखला की लंबाई को कम करने के लिए एक वैकल्पिक लेआउट खोजने की कोशिश करूँगा।
जब्बालो

अगर मैं ऐसा कर सकता हूं तो दो बार इसे बढ़ाऊंगा।
रेनैन

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यह उन सभी कामों को करने के लिए आपको चोट नहीं पहुंचाने वाला है जो जॉबरलो और डेविड सुझाव देते हैं, लेकिन मुझे चीजों को आपके लिए थोड़ा आसान बनाने की कोशिश करें (या शायद कठिन, क्योंकि मैं यह कहने जा रहा हूं कि आप शायद बहुत दूर निकल सकते हैं चीजों की, लेकिन मैं वादा नहीं करता )।

अंगूठे का एक क्लासिक नियम यह है कि आप एक सर्किट को एक गांठ वाला सर्किट मान सकते हैं यदि कोई भी आयाम 1/10 से अधिक नहीं है, जो ब्याज की उच्चतम आवृत्ति संकेत की तरंग दैर्ध्य है। यदि यह एक ढेलेदार सर्किट है तो आप असतत तत्वों के बीच कनेक्शन के रूप में अपनी पटरियों पर विचार कर सकते हैं। यदि इसकी एक गांठ वाली सर्किट नहीं है, तो आपको वितरित सर्किट प्रभावों के बारे में चिंता करने की ज़रूरत है, और अपने निशान को ट्रांसमिशन लाइनों के रूप में मानें।

आप 10 मीटर की तरंगदैर्घ्य के अनुरूप 30 मेगाहर्ट्ज की घड़ी आवृत्ति के बारे में बात कर रहे हैं। यदि FR4 के माध्यम से प्रचार किया जाता है, तो यह तरंग दैर्ध्य लगभग 4.7 मीटर हो जाएगा। और 40 सेमी की एक सर्किट लंबाई। तो घड़ी संकेत के मूल के लिए आप अंगूठे के पुराने नियम के किनारे पर हैं।

समस्या: आपको केवल घड़ी की आवृत्ति के बारे में चिंता करने की ज़रूरत नहीं है, लेकिन उस आवृत्ति के कितने हार्मोनिक्स को आप चाहते हैं कि वृद्धि और गिरने के समय को प्रसारित करने की आवश्यकता है। यदि आप जानबूझकर उन किनारों को धीमा कर देते हैं जो आप संचारित करते हैं, तो आप शायद केवल 1 और 3 हारमोंस के साथ प्राप्त कर सकते हैं (डेविड ने इस बात की सराहना की जब उन्होंने उल्लेख किया था कि अधिकतम ड्राइव शक्ति का उपयोग नहीं करना चाहिए)।

यह आपको लगभग 1.6 मीटर के 90 मेगाहर्ट्ज, और इसी तरंग दैर्ध्य (FR4 में) की अधिकतम आवृत्ति प्रदान करता है। तो महत्वपूर्ण दूरी 16 सेमी है। इसका मतलब है कि कुल मिलाकर आप एक बारीकी से युग्मित वापसी पथ प्रदान करना चाहते हैं, अपनी पटरियों को ट्रांसमिशन लाइनों के रूप में परिभाषित करें और एक उचित बाधा के साथ समाप्त करें, आदि।

लेकिन आपको शायद नियंत्रित प्रतिबाधा के लिए अतिरिक्त भुगतान करने की आवश्यकता नहीं है। यदि आप अपने विक्रेता से उपलब्ध न्यूनतम चौड़ाई से ऊपर के निशान के साथ डिजाइन करते हैं, (8 या 10 मील कहते हैं), तो सामान्य सहिष्णुता आपको सबसे अच्छा प्रदर्शन करने की संभावना देगी।

और अगर आप जिस रास्ते से होकर गुजरना चाहते हैं, या ग्राउंड प्लेन में थोड़े अंतराल पर दौड़ें, या आप किसी भार वाले हिस्से के ठीक बगल में बाईपास कैपेसिटर नहीं लगा सकते हैं, तो इसे बहुत मुश्किल से न निकालें। यदि आप अपने ट्रैक को कनेक्टर से कनेक्टर तक सीधे चलाना चाहते हैं, तो प्रत्येक बोर्ड पर लोड चिप्स तक पहुंचने के लिए कुछ सेमी स्टब के साथ, यह ठीक होगा। यदि पथ के अनियंत्रित भाग की लंबाई (या ग्राउंड प्लेन में स्लॉट) कुछ सेमी से कम है, तो यह आपके दिन को बर्बाद करने वाला नहीं है। यहां तक ​​कि अगर यह 10 सेमी है, तो आप इसके साथ दूर होने की संभावना रखते हैं, लेकिन अपनी किस्मत को धक्का न दें।

उदाहरण के लिए, इसका मतलब है कि जब आप बोर्डों के बीच कनेक्ट करते हैं, तो उच्च-लागत प्रतिबाधा-नियंत्रित कनेक्टर की आवश्यकता नहीं होती है। यहां तक ​​कि रिबन केबल के कुछ सेंटीमीटर ठीक होंगे। रिबन में तारों का एक ग्राउंड-सिग्नल-ग्राउंड या ग्राउंड-सिग्नल-सिग्नल-ग्राउंड पैटर्न एक अच्छा विचार है, लेकिन प्रतिबाधा-मिलान वाले मुड़ जोड़ी केबल या कॉक्स के बारे में चिंता न करें।

दूसरे के लिए, यदि आप प्रत्येक बोर्ड पर एक बफर का उपयोग करने का निर्णय लेते हैं, तो इससे आपको प्रत्येक बोर्ड पर सर्किट का इलाज करने में सक्षम होगा (10 सेमी लंबाई पर) एक ढेलेदार सर्किट के रूप में। आप बफर तिरछा प्रबंधन करना चाहेंगे, जैसा कि डेविड ने बताया है, और आपको प्रत्येक बफ़र के बाहर उठने और गिरने के समय को सीमित करना होगा, लेकिन आप कार्यक्षमता को कम किए बिना प्रत्येक बोर्ड पर लेआउट में बहुत लचीलापन प्राप्त करेंगे। उस ने कहा, जितना अधिक आप अपने रिटर्न पथ को अपने सिग्नल के निशान के करीब रखने के लिए करते हैं, उतनी ही कम संभावना है कि जब आप ईएमसी परीक्षण के लिए आते हैं तो आपको आश्चर्य होगा।


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मुझे लगता है कि @ jbarlow का जवाब काफी हाजिर है। मैं इसमें कुछ जोड़ना चाहता हूं, लेकिन उन्होंने जो कहा है उसे दोहराने से मैं परेशान नहीं होऊंगा।

केवल एक चीज जो मैं @jbarlow से असहमत हूं, वह है रिपीटर्स का उपयोग, या सभी संकेतों को बफर करना। वह जो कहता है वह सही है, "यदि आप अपना होमवर्क करते हैं ..."। लेकिन यह समस्या है, अपना होमवर्क करने की। आप इसे कर सकते हैं, लेकिन आपको अपेक्षाकृत महंगी केबलों और कनेक्टर्स की आवश्यकता होगी - और फिर यह केवल "वास्तव में मुश्किल" होगा।

ऐसा प्रतीत नहीं होता है कि प्रत्येक पीसीबी पर घड़ी को बफर करने के लिए 10 ns देरी जोड़ना वास्तव में एक समस्या है। मेरे लिए यह कहना कठिन है क्योंकि आपने BLANK और XLAT जैसे अन्य संकेतों के बारे में बहुत सारी जानकारी छोड़ दी है। लेकिन भले ही यह एक समस्या है, आप हमेशा सभी संकेतों को बफर कर सकते हैं। 74xx245 में सभी फाटकों पर एक ही विलंब (या कम से कम समान) होगा, और इसलिए एलईडी चालक पर समग्र समय अच्छा रहेगा।

(नोट: डेटाशीट्स की जांच करें। एक अच्छी चिप दो अलग-अलग प्रचार विलंब संख्याओं की सूची देगी। एक व्यक्ति के गेट के लिए एक, और दूसरा एक ही चिप के भीतर गेट्स के बीच देरी में अंतर या तिरछा दिखा। इसके लिए मेरा शब्द न लें। आप अभी भी एक उचित समय विश्लेषण करने की आवश्यकता होगी।)

पीसीबी के बीच संकेतों की समाप्ति और प्रतिबाधा प्राप्त करना इस डिजाइन कार्य को बनाने के लिए महत्वपूर्ण है। मल्टी-कंडक्टर केबलों में प्रतिबाधा को नियंत्रित करना हमेशा मुश्किल होता है, और कई पीसीबी और केबलों के माध्यम से एक एकल सिग्नल को चलाने के लिए सिर्फ परेशानी पूछ रहा है। आपको सिग्नल की लंबाई के साथ कई बिंदुओं पर प्रतिबाधा में बदलाव होगा, जो सिग्नल अखंडता की समस्याएं पैदा करेगा। पीसीबी के बीच सभी संकेतों को बफर करने से इसे प्रबंधित करने में मदद मिलेगी। कम से कम ट्रेस लंबाई और प्रत्येक सिग्नल पर प्रतिबाधा परिवर्तन न्यूनतम रखा जाएगा।

शून्य विलंब बफ़र्स के उपयोग की आवश्यकता नहीं है, और वास्तव में चीजों को बदतर बना सकता है (और अधिक महंगा)। शून्य विलंब बफ़र्स वास्तव में चरण-लॉक-लूप्स (पीएलएल) हैं और पूरी तरह से काम करने के लिए सावधानीपूर्वक डिजाइन की आवश्यकता होती है। ज्यादातर मामलों में यह कोई बड़ी बात नहीं है, लेकिन अगर आपकी घड़ी सही नहीं है तो निश्चित रूप से यह एक समस्या हो सकती है। इस आवेदन के लिए इनसे बचना सबसे अच्छा होगा। इसके अतिरिक्त, एक शून्य विलंब बफर लगातार चलने वाली घड़ी के अलावा किसी भी चीज़ को बफर करने के लिए उपयुक्त नहीं है - इसलिए यह आपको किसी अन्य सिग्नल को बफर करने में मदद नहीं करता है।


बहुत बढ़िया अंक। मैं मानता हूं कि बफ़र किए गए सिग्नल दृष्टिकोण संभवतः बहुत सुरक्षित हैं और सफल होने की अधिक संभावना है।
जब्बालो

मैं बफर एंट कैसे सिग्नल को समाप्त करता हूं? क्या यह MCU-> बफर-> श्रृंखला शब्द-> केबल-> बफर-> TLC5945-> बफर-> श्रृंखला शब्द-> केबल ... या MCU-> बफर-> श्रृंखला शब्द-> केबल-> TLC594545>> बफर -> श्रृंखला अवधि-> केबल ... यानी मुझे केबल के दोनों सिरों से संकेतों को बफर करने की आवश्यकता है या क्या मैं कनेक्टर / केबल और अगले आने वाले बोर्ड दोनों के लिए काम करने के लिए बफर और समाप्ति पर रिले कर सकता हूं?
मूषक

@miceuz आदर्श रूप से आप इसे प्रत्येक बोर्ड पर दो बार बफर करेंगे। एक बार जब सिग्नल एक कनेक्टर में बोर्ड में प्रवेश करता है। एक और समय जब सिग्नल दूसरे कनेक्टर पर बोर्ड छोड़ देता है। व्यावहारिक रूप से, इसे एक बार करना संभवतः पर्याप्त है। तो यह MCU-> केबल-> LED-> टर्म-> buf-> केबल-> एलईडी-> टर्म-> buf-> केबल-> आदि होगा। ध्यान दें कि स्रोत-श्रृंखला-समाप्ति केवल तभी काम करती है जब आपके पास सिग्नल पर एक भी लोड हो, जो आप नहीं करते हैं। आपके पास एक एलईडी ड्राइवर चिप और एक बफर दोनों हैं। आपको एसी समाप्ति को देखना चाहिए, जिसमें दूर के अंत में जमीन पर श्रृंखला में एक रोकनेवाला और टोपी है।
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