انتقل إلى المحتوى

信号完整性 - 失真 🚧

مشكلة تشويه الإشارة على الشبكة الواحدة تنقسم إلى ثلاثة جوانب: الانعكاس، مشكلة جودة الإشارة، أخطاء التوقيت.

الانعكاس

السبب الجذري للانعكاس هو تغير الانتزاع اللحظي لاتجاه الإشارة. قد يتسبب في تغير الانتزاع مصادر محتملة مثل نهاية الخط المتصل، تغير مساحة مقطع الخط، تغيير الطبقات، الفجوة على مستوى المسار العائد، المكونات الإضافية مثل الموصلات وهيكل الأسلاك.

مصادر الانعكاس

الانعكاس عند نقاط تغير المقاومة

عندما يحدث تغير مفاجئ في المقاومة على الخط الناقل، ستنعكس جزء من الإشارة في الاتجاه المعاكس وسيستمر الجزء الآخر في الانتقال ولكن بتغير في القيمة. قيمة الإشارة المنعكسة تعتمد على تغير المقاومة اللحظية، فإذا كانت المقاومة اللحظية في المنطقة الأولى هي \(Z_1\) والمنطقة الثانية هي \(Z_2\)، فإن نسبة الانعكاس إلى قيمة الإشارة الواقعة (معامل الانعكاس) هي:

\[ \rho=\frac{V_{reflected}}{V_{incident}}=\frac{Z_2-Z_1}{Z_2+Z_1} \]

يمكن ملاحظة أن كلما كان الاختلاف بين المقاومتين في المنطقتين أكبر، زادت كمية الإشارة المنعكسة. على سبيل المثال، إذا انتشرت إشارة بقيمة 1 فولت على خط نقل بمقاومة طبيعية تبلغ 50 أوم ودخلت منطقة بمقاومة طبيعية تبلغ 75 أوم، فإن معامل الانعكاس يكون 20٪، وبالتالي يكون الجهد المنعكس هو 0.2 فولت.

الانعكاس عن الحمل المقاوم

هناك ثلاثة حالات خاصة لتوصيل نهاية الخط الناقل: مفتوحة، مقفلة، متوافقة. فيما يلي نفترض أن مقاومة الخط الناقل الطبيعية هي 50 أوم وأن الجهد الواقع على النهاية البعيدة هو 1 فولت.

في حالة النهاية المفتوحة، يكون المقاومة اللحظية للنهاية لا نهائية، وبالتالي يقترب معامل الانعكاس من الواحد، مما يعني أن الإشارة الواقعة تنعكس بالكامل على طول المسار الأصلي، ومجموع الجهد الواقع على النقطة المفتوحة هو 2 فولت.

في حالة النهاية المقفلة (متصلة بالمسار العائد)، يكون المقاومة اللحظية للنهاية هي 0، وبالتالي يكون معامل الانعكاس -1. عندما تصل الإشارة الواقعة إلى النهاية البعيدة، ستنتج إشارة انعكاسية بقيمة -1 فولت تنتشر في اتجاه المصدر، لذا يكون الجهد هنا 0.

في حالة توافق المقاومة النهائية مع المقاومة الطبيعية (أي أن المقاومة النهائية هي أيضًا 50 أوم)، يكون معامل الانعكاس 0، وبالتالي لا يوجد جهد انعكاسي، والجهد على النهاية هو فقط الإشارة الواقعة.

عمومًا (مع مقاومة 50 أوم)، يكون العلاقة بين مقاومة المنطقة 2 ومعامل الانعكاس تقريبًا كما يلي:

عندما تكون مقاومة المنطقة 2 أقل من مقاومة المنطقة 1، يكون معامل الانعكاس قيمة سالبة، ويكون الجهد المنعكس جهد سالب. على سبيل المثال، إذا كانت مقاومة الحمل السالبة هي 25 أوم، فإن معامل الانعكاس يكون -0.33، لذا يتم انعكاس جهد -0.33 فولت إلى النقطة المصدرية، وبالتالي يكون الجهد الفعلي على النهاية هو 1+(-0.33)=0.67 فولت.

الرسم العائد

إذا كنت تعرف تأخير الخط الناقل ومقاومة كل منطقة يمر بها الإشارة والجهد الأولي للمشغل، فيمكنك حساب جهد كل وجهة عائدة / جهد في أي وقت.

فلنفترض أن الجهد الأولي للمشغل هو 1 فولت والمقاومة الداخلية للمشغل هي 10 أوم ونهاية الخط هي مفتوحة، فيمكن استنتاج الرسم العائد والمنحنى التاليين بناءً على الصيغة العائدة:

أشكال الانعكاس

يتم تجسيد الانعكاس عادة على شكل تجاوز، هبوط، ورنين.

التجاوز

يشير التجاوز إلى أول قمة للتذبذب، وينقسم إلى تجاوز إيجابي وتجاوز سلبي. يمكن أن يتسبب في تلف الأجهزة (أكبر من VCC أو أقل من GND). بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يشكل التجاوز الإيجابي مصدرًا للتداخل يؤثر على الأجهزة الأخرى؛ ويؤدي التجاوز السلبي إلى توجيه الجهد السالب على أطراف الأجهزة (الثنائيات النشطة) إلى التوجه الأمامي، والتي يمكن أن تؤدي إلى حدوث توصيل مفتوح بسبب تنفيذ تيار كبير.

الهبوط (التذبذب / الرنين)

الهبوط يشير إلى تجاوز متكرر للحد الحرج بين المستويات العالية والمنخفضة، بينما الرنين يشير إلى العودة إلى المستوى العادي بعد عدة تكرارات.

يتشابه الهبوط / الرني

  1. استخدام توصيل مقاومة قابلة للتحكم.
  2. زيادة تطابق المقاومة ، والطريقة المرجعية هي توصيل المقاومة المتسلسلة في البداية أو توصيل المقاومة المتوازية في النهاية.
  3. استخدام قواعد التوصيل التي تحافظ على مستوى مستقر للمقاومة على طول الخط ، وتقليل طول الفروع الفرعية.
  4. تصميم الخصائص الهندسية للخط بدقة ، مثل تجنب الزوايا القائمة أو الزوايا الحادة.
  5. تجنب توصيل الدوائر المطبوعة لمصادر التشويش ومسارات الاقتران.

خطأ في التوقيت

يشار إلى الفرق في التأخير بين مسارين أو أكثر للإشارة باسم الانحراف. عند وجود انحراف غير متوقع بين خط الإشارة وخط الساعة ، قد يحدث تنشيط خاطئ وأخطاء منطقية. عند وجود انحراف بين خطوط التفاضلية ، قد يتحول بعض إشارات الاستعلام إلى إشارات مشتركة ، مما يؤدي إلى تشويه.

المراجع والشكر

عنوان النص: https://wiki-power.com/ يتم حماية هذا المقال بموجب اتفاقية CC BY-NC-SA 4.0، يُرجى ذكر المصدر عند إعادة النشر.

مسودة غير مكتملة 🚧:

قد يكون سبب توليد حافة الإشارة ببطء هو عدم كفاية القدرة على التشغيل أو حمل زائد (مثل مقاومة الرابط كبيرة جدًا).

الطرق لحل بطء حافة الإشارة هي:

  1. زيادة القدرة على التشغيل.
  2. تقليل الحمل.

نظرًا لعدم كفاية القدرة على التشغيل أو الحمل الزائد ، يترافق ببطء حافة الإشارة أيضًا مع انخفاض في مستوى الإشارة.

تدهور حافة الارتفاع

تأثير الخط ذو الخسارة

عندما تمر الإشارة ذات التغير السريع في الحافة عبر خط نقل لفترة زمنية معينة ، ستتمدد حافة الارتفاع:

تعتبر مشكلة جودة الإشارة الناجمة عن تدهور حافة الارتفاع ناتجة عن الخسارة المرتبطة بالتردد في السلك / الوسط ، وهذا النوع من الخسارة أكبر في الترددات العالية من الترددات المنخفضة ، مما يؤدي إلى بطء حافة الإشارة. عندما يتدهور حافة الارتفاع بالقرب من فاصل الوحدة الزمنية للإشارة ، ستتسرب معلومات 1 بت إلى بت التالي أو حتى عدة بت ، مما يؤدي إلى أخطاء في عملية العينة للبيانات. يُشار إلى هذا الآثر بالتداخل بين الرموز (ISI) ، وهو السبب الرئيسي للمشاكل عند معدلات البيانات التي تزيد عن أو تساوي 1 جيجابت في الثانية.

إذا كان تدهور حافة الارتفاع يجعل حافة الارتفاع تمتد بالقرب من فاصل الوحدة الزمنية ، فقد يحدث تداخل بين الرموز:

يمكن استخدام الرسم البياني لتقييم جودة الإشارة عالية السرعة وقياس معدل الأخطاء (الشكل الأيسر يظهر بعض الخسارة ، والشكل الأيمن يظهر خسارة أكبر):

الخسارة في الخط النقلي

عندما ينتشر الإشارة عبر الخط النقلي ، يوجد 5 طرق لفقدان الطاقة في الطرف الاستقبال:

  1. فقدان الإشعاع
  2. الاقتران بالأسلاك المجاورة
  3. عدم تطابق المقاومة
  4. فقدان السلك
  5. فقدان الوسط

فقدان السلك (مقاومة السلك وتأثير الجلد)

تمت ترجمة هذه المشاركة باستخدام ChatGPT، يرجى تزويدنا بتعليقاتكم إذا كانت هناك أي حذف أو إهمال.