Metodi di Terminazione in PCB ad Alta Velocità e Alta Frequenza

L'argomento della terminazione verrà inevitabilmente affrontato quando si tratta di sistemi digitali ad alta velocità. La maggior parte dei sistemi digitali ha almeno un'interfaccia ad alta velocità standardizzata, o possibilmente GPIO veloci che producono segnali con transizioni rapide. I sistemi avanzati avranno molte interfacce standardizzate alle quali viene normalmente applicata la terminazione, solitamente sul die del semiconduttore. Se determini che hai effettivamente bisogno della terminazione, quale metodo dovresti usare?

Si scopre che l'applicazione di terminatori discreti non è molto comune nella maggior parte dei sistemi digitali perché molti componenti implementano bus standardizzati per la comunicazione digitale. Ma se stai lavorando con componenti avanzati che hanno I/O veloci, allora potresti dover applicare manualmente la terminazione con componenti discreti. L'altra istanza in cui ciò si verifica è con la logica specializzata, come viene talvolta utilizzata in certi processori e FPGA. Infine, c'è la questione della terminazione RF, che è molto diversa dalla terminazione nei sistemi digitali.

Quando e Come Applicare la Terminazione

Come è stato menzionato sopra, esiste una gamma ristretta di casi in cui la terminazione con componenti discreti deve essere applicata manualmente.

• La tua interfaccia non ha una specifica di impedenza
• I tuoi fogli dati indicano che è necessaria una terminazione manuale
• La specifica della tua interfaccia richiede una terminazione specifica (ad es., DDR, terminazione di Bob Smith in Ethernet)

L'adattamento dell'impedenza in RF e digitale è alquanto diverso. In generale, l'obiettivo è lo stesso: il segnale inviato in una linea di trasmissione dovrebbe subire una perdita minima durante la propagazione ed essere registrato al corretto livello di tensione/potenza dal componente ricevente. La tabella sottostante confronta i metodi di terminazione utilizzati in digitale e RF:

Il prossimo punto da comprendere è la corretta selezione di un metodo di terminazione per il vostro sistema specifico. Le sezioni sottostanti forniscono brevi panoramiche e collegamenti a risorse riguardo i vari tipi di terminazioni che possono essere utilizzati in collegamenti singoli, differenziali e RF.

Terminazione in Serie

Questo metodo di terminazione prevede il posizionamento di una resistenza in serie direttamente sul pin di uscita del driver. Tecnicamente, le linee di trasmissione sono sistemi lineari e una resistenza in serie potrebbe essere posizionata in qualsiasi punto lungo l'interconnessione. Tuttavia, è preferibile posizionare la resistenza in serie direttamente sull'uscita del driver poiché ciò fornisce la più accurata scalatura del segnale di uscita e la corretta soppressione delle riflessioni.

• Calcolo della Resistenza di Terminazione in Serie
• Smorzamento e Trasferimento di Riflessione con una Resistenza di Terminazione in Serie

I valori delle resistenze in serie necessari per la terminazione possono essere difficili da determinare poiché i dati richiesti non sono sempre presenti in un datasheet. Invece, devono essere determinati da un modello IBIS noto e affidabile per il pin di uscita, oppure devono essere determinati tramite misurazione. Pertanto, a volte può essere più desiderabile utilizzare la terminazione parallela.

Terminazione Parallela

La terminazione parallela viene utilizzata per sopprimere le riflessioni dal ricevitore garantendo al contempo che la tensione a piena scala sia ricevuta dal pin di ingresso del carico. Pertanto, deve essere posizionata proprio sul pin di ingresso sul componente del carico, e il valore della resistenza è impostato per essere uguale all'impedenza della linea di trasmissione.

• Forma d'onda e Spiegazione della Terminazione Parallela
• Terminatore Parallelo in Linee Ramificate

In alcuni casi particolari, la terminazione parallela e la terminazione in serie possono essere utilizzate insieme sullo stesso interconnesso, ma ciò non è comune. Questo si trova più spesso nella logica specializzata, dove il livello del segnale di uscita potrebbe dover essere intenzionalmente abbassato a una tensione inferiore, ma non necessariamente con una resistenza in serie perfettamente abbinata. Un altro caso è quando un progettista tenta di sopprimere il rimbalzo di terra posizionando una resistenza in serie per l'ammortizzazione, ma la riflessione dal carico è ancora soppressa con la terminazione parallela.

Terminazione di Thevenin, Pull-Up e AC

La terminazione di Thevenin, la terminazione pull-up e la terminazione AC sono tutti tipi di terminazioni parallele applicate al pin di ingresso di un componente ricevente. Essenzialmente svolgono la stessa funzione della semplice terminazione parallela con una resistenza, ma con alcune conseguenze aggiuntive.

• Thevenin - regola il livello di tensione e preleva energia da una tensione di alimentazione alternativa
• Pull-up - forza il segnale a commutare attorno ad un certo livello di tensione terminale; può essere utilizzato per l'inversione logica
• Terminazione AC - limita la larghezza di banda del canale alle frequenze più basse e fornisce una funzione di filtraggio

Tra questi tre tipi di terminazioni, Thevenin e pull-up sono utilizzati più frequentemente. È più probabile che questi vengano implementati sul die del semiconduttore piuttosto che con componenti discreti. Se utilizzati con componenti discreti, probabilmente si tratta di un caso di logica speciale. Tutte e tre le terminazioni possono essere trovate nelle interfacce differenziali come parte della terminazione divisa.

Terminazione RF

L'uso della terminazione RF implica sostanzialmente il posizionamento di filtri all'uscita di un driver o all'ingresso di un ricevitore/carico in modo tale che l'impedenza di uscita da una sorgente raggiunga un'impedenza target. I circuiti di adattamento dell'impedenza RF dovrebbero idealmente avere resistenza zero, il che significa che dovrebbero utilizzare solo componenti reattivi. Il motivo è che preferiremmo non perdere alcuna potenza mentre un segnale interagisce con la rete di adattamento dell'impedenza.

I resistori sono componenti di terminazione a banda larga, quindi vogliamo utilizzarli con segnali a banda larga come i segnali digitali. Le reti di adattamento dell'impedenza reattiva producono un adattamento dell'impedenza solo all'interno di una certa larghezza di banda:

• I circuiti di terminazione con componenti reattivi creano bande passanti ad alta Q o bassa Q
• Molti componenti reattivi possono essere combinati in stadi per produrre filtri di ordine superiore
• Alcuni circuiti presenteranno ondulazioni nella loro banda passante, che dipendono dalla topologia della rete di terminazione

Un altro metodo che non coinvolge l'uso di componenti discreti è l'uso di sezioni di linea di trasmissione. Queste sezioni applicano l'adattamento dell'impedenza solo in bande passanti ad alta Q molto strette e sono meglio utilizzate con segnali armonici. Per capire perché questi punti sono importanti, leggi i link sottostanti.

• Progettazione di un Trasformatore a Quarto d'Onda per Carichi Reali e Reattivi
• Simulazione dei Parametri S di una Rete di Adattamento dell'Impedenza
• Come Progettare un Taper di Traccia RF per l'Adattamento dell'Impedenza

Sopra alcuni GHz, la terminazione con componenti discreti non funzionerà come previsto a causa della presenza di parassiti. Questo è il motivo per cui i componenti che operano a molti GHz tendono a posizionare elementi di adattamento dell'impedenza direttamente sul die del semiconduttore in modo che i pin di uscita corrispondano direttamente a 50 Ohm. Fino a qualche GHz, il posizionamento e i valori utilizzati nei componenti discreti devono essere simulati e misurati.

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