¿Por qué poner una resistencia en serie con línea de señal?

Muchas veces en los circuitos veo una resistencia colocada en serie en una línea de señal y, a veces, incluso en serie con una línea VDD de MCU. ¿Es la intención de esto suavizar el ruido en la línea? ¿En qué se diferencia esto de usar una pequeña tapa, como un .1 µF para hacer lo mismo?

Dos razones comunes son la integridad de la señal y la limitación de corriente en la conversión de nivel diferido.

Para la integridad de la señal, cualquier falta de coincidencia en la impedancia de la línea de transmisión formada por una traza pcb y componentes conectados puede causar reflejos de las transiciones de señal. Si se permite que estos reboten de un lado a otro a lo largo de la traza reflejándose en los desajustes al final durante muchos ciclos hasta que se extingan, las señales "suenan" y pueden malinterpretarse, ya sea por nivel o como transiciones de borde adicionales. Típicamente, un pin de salida tiene una impedancia más baja que la traza y un pin de entrada una impedancia más alta. Si coloca una resistencia en serie de valor que coincida con la impedancia de la línea de transmisión en el pin de salida, esto formará instantáneamente un divisor de voltaje y el voltaje del frente de onda que viaja por la línea será la mitad del voltaje de salida. En el extremo receptor, la mayor impedancia de la entrada se ve esencialmente como un circuito abierto, lo que producirá una reflexión en fase duplicando el voltaje instantáneo de vuelta al original. Pero si se permite que esta reflexión vuelva a la salida de baja impedancia del controlador, se reflejaría fuera de fase e interferiría constructivamente, restando nuevamente y produciendo un sonido. En cambio, es absorbido por la resistencia en serie en el controlador que se selecciona para que coincida con la impedancia de la línea. Tal terminación de fuente funciona bastante bien en conexiones punto a punto, pero no tan bien en conexiones multipunto. En cambio, es absorbido por la resistencia en serie en el controlador que se selecciona para que coincida con la impedancia de la línea. Dicha terminación de fuente funciona bastante bien en conexiones punto a punto, pero no tan bien en conexiones multipunto. En cambio, es absorbido por la resistencia en serie en el controlador que se selecciona para que coincida con la impedancia de la línea. Dicha terminación de fuente funciona bastante bien en conexiones punto a punto, pero no tan bien en conexiones multipunto.

La limitación actual en la traducción de nivel diferido es otra razón común. Las tecnologías CMOS IC de diferentes generaciones tienen diferentes voltajes operativos óptimos y pueden tener límites de daños establecidos por el pequeño tamaño físico de los transistores. Además, no pueden tolerar de forma nativa tener una entrada a un voltaje más alto que su suministro. Por lo tanto, la mayoría de los chips están construidos con pequeños diodos desde las entradas hasta el suministro para proteger contra sobretensiones. Si maneja una parte de 3.3v desde una de 5v (o más probablemente hoy, manejando una de 1.2 o 1.8 v desde una fuente de 3.3v) es tentador confiar solo en esos diodos para fijar el voltaje de la señal a un rango seguro. Sin embargo, a menudo no pueden manejar toda la corriente que potencialmente puede ser originada por la salida de mayor voltaje, por lo que se utiliza una resistencia en serie para limitar la corriente a través del diodo.

Sí, la integridad de la señal es la razón. Usar una gorra ralentizará mucho el borde y no será tan limpio. El libro estándar sobre el tema es Diseño digital de alta velocidad: un manual de magia negra . Como regla general, 22.1 ohmios se usa típicamente como punto de partida. Puede usar una herramienta de simulación de integridad de señal como HyperLynx de Mentor Graphics para obtener un mejor análisis antes de construir el tablero.

En la línea VDD esa no es la razón. Algunas personas pueden colocar una resistencia de miliohmios allí para medir la potencia, y luego reemplazarla con 0 ohmios para la producción. Otros, especialmente los analógicos, pueden colocar un filtro RC para eliminar el ruido.

¿Sobre qué tipo de producto? Por parte del consumidor, probablemente sea por integridad de señal (Ver la respuesta de Brian).

En una herramienta de desarrollo, podría ser para la limitación actual. A menudo dejo caer algunas resistencias de 470 ohmios en las líneas de señal para mis proyectos de líneas de datos que se conectan a módulos externos. La corriente consumida por una entrada digital no es suficiente para causar una gran caída de voltaje a través de esta resistencia. La limitación actual significa que nada (generalmente) se convierte en humo si cometo un error al conectar cosas, o si algo corta la conexión en una placa expuesta. Es diferente de un límite porque un límite generará mucha corriente en un borde digital (por un tiempo corto pero a veces no despreciable), teniendo el efecto contrario de una resistencia.

No estoy seguro de si esto es de lo que está hablando, pero se puede colocar una resistencia pequeña (<100 ohmios) en la salida de un amplificador operacional que conduce una línea larga, de modo que la carga capacitiva no cause El amplificador para oscilar.

También se puede usar para asegurar que dos amplificadores tengan exactamente la misma impedancia de salida, para crear una línea balanceada que rechace la interferencia.

Dos respuestas más:

1. Agregar una resistencia a una línea puede limitar los flujos de corriente dañinos que de otro modo resultarían de transitorios cortos de alto voltaje, como los causados ​​por una descarga electrostática (ESD).
2. Una resistencia de bajo valor en línea con la entrada de suministro de energía a un chip caerá un voltaje que es proporcional a la corriente de suministro del chip. Si se conoce el valor de la resistencia, se puede conectar un medidor, medir el voltaje e inferir la corriente, sin interrumpir el funcionamiento del circuito. El circuito funcionará igual con o sin el medidor requerido. Por el contrario, si la placa tuviera un punto de conexión para un amperímetro en serie con el suministro, sería necesario acortar esa conexión siempre que el material no estuviera presente.

He visto un FPGA Xilinx, programado para manejar un multiplexor de fila / columna analógico CMOS en un generador de imágenes, destrozar el multiplexor porque los bordes digitales Xilinx de sub nanosegundos fueron MÁS ABAJO del suelo, y MUCHO POR ENCIMA del VDD. Esto fue observable con una sonda de 1pF de 900MHz de velocidad (la sonda activa P6201 de TEK, obsoleta durante mucho tiempo). Su sonda lenta normal de 13pF no mostró sobreimpulso. Personas con años de experiencia en estas áreas me indicaron que colocara una resistencia de 1Kohm en cada uno de los cables de 6 "(aproximadamente 15 de estos cables) desde Xilinx hasta el multiplexor. Resultado: una buena imagen, con mucho desplazamiento / apareció un error de ganancia. Se agregó alguna corrección de placa fría-caliente, y se podía ver el calor de su dedo empapándose a través de una hoja de papel. ¿Qué estaba pasando? se encendieron durante esos sub-nanosegundos debajo / sobreimpulsos. Por lo tanto, millones de veces por segundo, se inyectó carga en el sustrato y los pozos de CMOS, alterando el comportamiento digital y quizás las señales analógicas si esas fueron conducidas a grd / rail por un flujo inesperado de cargas que necesitaban un camino de regreso a casa. He ayudado a depurar otros circuitos CMOS, donde solo una puerta lógica estaba alterada durante una prueba de ESD, porque no habíacontacto local de recolección de carga en el pozo / sustrato.

Cuidado con resistencias en líneas vdd. Si no tiene cuidado al dimensionar correctamente la tapa, puede terminar con una ondulación en la alimentación de suministro al dispositivo, lo que puede tener un efecto perjudicial en su funcionamiento.

A veces se agrega una resistencia u otra carga en paralelo a una entrada digital discreta para compensar la capacitancia distribuida en un cable de entrada largo. Considere el caso en el que un interruptor de campo al final de un tramo largo de cable blindado tiene un conductor caliente y uno de retorno. el otro extremo del par de cables tiene una línea de 120 vac y el lado de retorno va a la entrada de un PLC, DCS u otro dispositivo digital. En base a estos valores: - Voltaje de suministro - Capacitancia del cable - Impedancia del dispositivo de entrada digital - Voltaje de encendido del dispositivo de entrada digital Puede calcular una distancia máxima segura para el tendido del cable de modo que la entrada se apague cuando se abra el interruptor.
La impedancia del cable y el dispositivo de entrada forman un divisor de voltaje que puede hacer que el voltaje en la entrada sea más alto que el umbral, incluso con el interruptor abierto.