Sulla base della definizione del modello di linea di trasmissione delineata nel articolo precedente, le linee di trasmissione introducono i seguenti effetti nella progettazione complessiva del circuito:
- Segnali riflessi
- Errori di ritardo e di temporizzazione
- Falso cambio di direzione
- Superamento/mancanza di rendimento
- Rumore indotto (o diafonia)
- Radiazione di interferenza elettromagnetica (EMI)
1. Segnali riflessi
Se una traccia non è terminata correttamente (impedenza adattata), gli impulsi di segnale provenienti dall'estremità di comando vengono riflessi all'estremità di ricezione. Ciò induce effetti indesiderati, distorcendo il profilo del segnale. Quando la distorsione diventa grave, può causare diversi errori che portano a un fallimento del progetto. Allo stesso tempo, il segnale distorto diventa più suscettibile al rumore, contribuendo ulteriormente al fallimento del progetto. Se questi fattori non vengono affrontati in modo adeguato, le interferenze elettromagnetiche aumenteranno significativamente, con un impatto non solo sul progetto stesso, ma potenzialmente causando un guasto dell'intero sistema.
Cause principali dei segnali riflessi: tracce eccessivamente lunghe; terminazioni non corrispondenti delle linee di trasmissione; capacità o induttanza eccessive; e disadattamento dell'impedenza.
2. Errori di ritardo e di temporizzazione
Errori di ritardo e temporizzazione del segnale si manifestano quando i segnali non riescono a effettuare la transizione per un certo periodo di tempo, mentre oscillano tra le soglie dei livelli logici. Un ritardo eccessivo può causare errori di temporizzazione e malfunzionamenti del dispositivo.
I problemi si verificano in genere con più ricevitori. I progettisti di circuiti devono determinare i ritardi nel caso peggiore per garantire la correttezza del progetto. Cause del ritardo del segnale: sovraccarico del driver, tracce eccessivamente lunghe.
3. Errori di attraversamento di livelli logici multipli
I segnali che oscillano in prossimità delle soglie di livello logico possono attraversare ripetutamente questi limiti, causando questo tipo di errore. Gli errori di attraversamento multiplo di livello logico rappresentano una forma specifica di oscillazione del segnale in prossimità delle soglie logiche, interrompendo la funzionalità logica. Cause dei segnali riflessi: tracce eccessivamente lunghe, linee di trasmissione non terminate, capacità o induttanza eccessive e disadattamento di impedenza.
4. Superamento e sottostima
Sovraelongazione e sottoelongazione derivano da tracce eccessivamente lunghe o da transizioni di segnale eccessivamente rapide. Sebbene la maggior parte dei componenti sia dotata di diodi di protezione in ingresso alle estremità riceventi, questi livelli di sovraelongazione possono talvolta superare di gran lunga l'intervallo di tensione di alimentazione del componente, causando danni.
5. Diafonia
La diafonia si verifica quando un segnale trasmesso su una linea induce un segnale correlato su una linea adiacente sul PCB.
La diafonia si riduce avvicinando le linee di segnale ai piani di massa e aumentando la spaziatura tra le linee. I segnali asincroni e i segnali di clock sono più soggetti a diafonia. Pertanto, i metodi di disaccoppiamento comportano lo spostamento del segnale che causa diafonia o la schermatura del segnale gravemente interessato.
6. Radiazioni elettromagnetiche
Le EMI (interferenze elettromagnetiche) comprendono problematiche legate all'eccessiva radiazione elettromagnetica e alla sensibilità a tali radiazioni. Le EMI si manifestano quando un sistema digitale emette onde elettromagnetiche nell'ambiente circostante all'accensione, interrompendo il normale funzionamento delle apparecchiature elettroniche vicine. Le cause principali sono frequenze operative eccessivamente elevate e layout/routing non corretti. Sebbene esistano software di simulazione EMI, questi strumenti sono costosi e la configurazione dei parametri di simulazione e delle condizioni al contorno è complessa, con un impatto diretto su accuratezza e praticità. L'approccio più comune consiste nell'applicare regole di progettazione del controllo EMI in ogni fase, consentendo un controllo basato su regole durante l'intero processo di progettazione.
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