Você Pode Usar Terminação em Série e Paralela na Mesma Rede?

Terminações em série e paralelo são as opções de terminação resistiva mais comuns para sinalização digital. A razão é que a resistência é uma quantidade de larga banda e não começa a ser afetada por parasitas até bem dentro da faixa de GHz. Na largura de banda do canal associada à maioria dos sinais digitais, existem casos em que uma linha não terminada realmente precisa de terminação, mesmo que não haja uma especificação de impedância na interface.

Como ambas as opções são viáveis para sinais digitais, qual delas você deve usar para terminar uma linha de transmissão longa sem especificação de impedância? Às vezes, há a percepção de que ambas devem ser usadas, ou que ambas podem ser usadas em cada rede. Existem casos em que ambas podem ser usadas ao mesmo tempo, mas tipicamente apenas uma é escolhida, pois pode eliminar a necessidade da outra.

Neste artigo, vou analisar a sinalização envolvida tanto nas terminações em série quanto em paralelo, e o caso especial onde você pode ver ambas as terminações.

Terminações em Série e Paralelo Via Funções de Transferência

A explicação dada abaixo não será baseada na dinâmica de sinais per se. Para isso, você pode ler este bom artigo de Kella Knack que mostra exemplos de formas de onda. Em vez disso, vou olhar sob a perspectiva da função de transferência para mostrar exatamente o que acontece com os níveis de tensão em uma linha de transmissão. Isso também revela o efeito da largura de banda em sinais digitais.

O que mostrarei abaixo a respeito dessas duas terminações e por que elas muitas vezes não são usadas juntas na mesma rede é baseado nas seguintes suposições:

• As interfaces não têm um alvo de impedância especificado, o que significa que a impedância do traço pode ser qualquer uma
• A impedância do driver é geralmente um valor baixo, e a impedância de carga é modelada como uma simples capacitância de carga
• A impedância de saída do driver é conhecida ou pode ser determinada, como por medição ou simulação (IBIS)

Agora, vamos olhar cada uma dessas terminações em detalhe.

Função de Transferência de Terminação em Série

O circuito mostrado abaixo ilustra o formalismo usado para determinar a função de transferência da linha de transmissão a partir dos parâmetros ABCD. Note que também poderíamos usar parâmetros S, mas os parâmetros ABCD são muito mais fáceis.

A função de transferência é a razão entre a tensão de carga e a tensão de fonte. O grande benefício de uma abordagem via função de transferência é que a tensão de carga é explicitamente definida em termos da impedância da fonte, como mostrado acima. Agora podemos substituir nossas impedâncias de fonte e qualquer resistência em série.

Quando o resistor em série é usado para terminar perfeitamente a linha de transmissão, o resistor é dimensionado para ser R = ZS - Z0. Esse resistor é normalmente colocado no pino de IO do driver, e agora temos a relação onde a impedância total da fonte é ZS = Z0, pois esta é a nova impedância de saída total. Usando a definição dos parâmetros ABCD para uma linha de transmissão, temos:

Aqui, temos uma função de transferência que se assemelha a um divisor de tensão envolvendo a impedância de carga e a impedância da linha de transmissão. A tensão na carga é:

Se tomarmos a impedância de carga e a tornarmos muito grande, teríamos o seguinte valor para a tensão na carga:

Isso se aplica dentro da largura de banda do canal conforme definido pela capacitância de carga. Como o sinal do driver é afetado após interagir com a impedância total da fonte, que inclui o resistor em série? Se você usar a definição dos parâmetros ABCD e calcular V1, você obtém o seguinte se ZS + R = Z0:

Agora vemos a função do resistor em série: quando perfeitamente casado, a impedância da fonte e a impedância do traço agem como um divisor de tensão. Se a impedância da fonte estiver abaixo ou acima da impedância do traço, observaríamos sobressinal ou subssinal após a reflexão na carga.

É apenas através da reflexão na carga que o nível de sinal reduzido é restaurado ao nível completo. É por isso que normalmente também não aplicaríamos terminação paralela na mesma rede quando a tensão do receptor deve ver o mesmo valor que a tensão da fonte. Agora, vamos olhar para a terminação paralela por si só.

Terminação Paralela

Com a terminação paralela, o ponto inteiro é suprimir a reflexão no receptor, como mencionei acima. Em um barramento especificado por impedância, a terminação é geralmente colocada no chip semicondutor. Em um caso mais geral, como com certos drivers de linha, a impedância não é especificada e, portanto, a terminação pode precisar ser aplicada manualmente.

A terminação paralela sem terminação por resistor em série funciona da seguinte forma:

• Como não há resistor em série, a função de divisão de tensão faz com que o sinal inteiro seja colocado na linha de transmissão (V1 = VS)
• O sinal então se propaga até a carga e não reflete, sendo totalmente absorvido pelo resistor paralelo

Se assumirmos uma impedância de fonte perfeita de ZS = 0, a função de transferência para a terminação paralela nos dá a seguinte relação para as tensões de carga e fonte:

Com a terminação paralela, vemos que há um fator 2 no numerador. O circuito de terminação cria uma resistência em paralelo com uma capacitância de carga, onde a resistência é R = Z0. Dentro do limite de largura de banda da frequência de joelho conforme definido por essa carga capacitiva, a impedância de carga é muito próxima à resistência paralela. Isso novamente nos dá a tensão vista na carga quando R = Z0 e, portanto, ZL = Z0:

Mais uma vez, voltamos ao sinal de plena força que enviamos para o interconector.

Se a impedância da fonte não for zero, volte à definição da função de transferência e insira o valor para sua impedância de fonte. Isso pode ser extraído de medições ou de simulações.

Você Pode Usar Tanto Terminação em Série quanto em Paralelo?

Quando comparamos a forma geral da função de transferência do resistor de terminação em série, deve ficar muito claro por que não colocamos intencionalmente também um resistor em paralelo quando já existe um resistor em série. Se você combinar perfeitamente com um resistor em série discreto, e então também combinar com um resistor em paralelo, então apenas metade do nível do sinal chega à linha e isso é absorvido pelo resistor em paralelo. Em outras palavras, a tensão vista na carga é:

Se você está usando um componente com um nível de sinal de 3,3 V e o receptor também exige um nível de sinal de 3,3 V, então você pode não ser capaz de usar tanto a terminação em série quanto em paralelo ao mesmo tempo. Você teria que olhar cuidadosamente para os limiares lógicos no receptor para garantir que a tensão na carga não seja muito baixa.

O caso de canto ocorre quando você pretende reduzir de uma tensão de fonte para uma tensão de carga mais baixa. Por exemplo, com uma fonte de 3,3 V e uma carga que precisa de uma amplitude de 1,8 V, o nível de sinal recebido na carga seria de 1,65 V com terminação tanto em série quanto em paralelo. Isso pode estar no limite inferior da tensão necessária para registrar como um estado lógico ALTO no receptor. Podemos encontrar outros exemplos de níveis lógicos comuns onde obtemos o mesmo resultado.

Em vez de tentar projetar uma redução com resistores de terminação, normalmente você mudaria entre dois diferentes níveis de sinal usando um conversor de nível. Esses componentes são projetados para suportar interfaces específicas ou podem ser compatíveis com uma gama de interfaces possíveis. Esses componentes aceitarão diferentes tensões de alimentação e criarão uma réplica do sinal de entrada na saída, mas em uma tensão mais alta ou mais baixa. Um exemplo para o SN65DP159 da Texas Instruments é mostrado abaixo.

Isso Tudo Se Aplica a Pares Diferenciais?

A resposta é "sim" com um asterisco; se estiver usando um par diferencial, então substitua a impedância característica nas funções de transferência acima pela impedância de modo ímpar e calcule a diferença nos sinais de polaridade oposta no lado receptor da interconexão.

A maioria das interfaces diferenciais tem requisitos específicos de terminação e requisitos de impedância de trilha, o que já é implementado no chip no lado do driver da linha (no mínimo). Quando o acoplamento DC é necessário, essa terminação no chip no lado do driver impede o uso de um resistor em série. Em outros casos, a terminação paralela poderia ser usada quando o componente receptor não possui terminação no chip, o que não é comum. O uso de terminação (série, paralela ou ambas) ainda pode ser aplicado em casos especiais, mas seria especificado em folhas de dados, determinado por meio de testes ou já estaria incluído no chip.

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