Unterschied in der charakteristischen Impedanz eines niederfrequenten Signals

In einem meiner PCB-Designs ist für ein RS 485-Signal ein Abschlusswiderstand von 120 Ohm vorhanden. Aber die differentielle charakteristische Impedanz des Signals wird mit 100 Ohm anstelle von 120 Ohm angenommen, und das Signal, das die Spur hinunterläuft, hat eine niedrige Frequenz. Beeinflusst diese Impedanz-Fehlanpassung/-änderung das Niederfrequenzsignal insbesondere am Zielort durch Reflexionen oder andere SI-Probleme?

Eine kleine Diskrepanz ist oft kein Problem; insbesondere, selbst wenn es eine Reflexion gibt, bedeutet ein ungefähr richtiger Widerstandsabschluss, dass es viel Verlustleistung gibt und Reflexionen wahrscheinlich innerhalb weniger Runden aussterben. Um dies jedoch formal zu analysieren, müssen Sie die Länge der Leitung und die anwendbare Frequenz berücksichtigen.
Ein Signal hat keinen Wellenwiderstand. Beziehen Sie sich auf die Impedanz des Kabels, mit dem Sie das Signal übertragen? Wie lang ist das Kabel und wie hoch ist die Bitrate Ihres Signals?

Antworten (2)

Wenn wir einen Spannungsimpuls Vi in eine Leitung mit dem Wellenwiderstand Z0 einspeisen, die mit der Impedanz ZL abgeschlossen ist, ist die reflektierte Spannung ...

v R = v ICH Z L − Z 0 Z L + Z 0

Für eine 100-Ohm-Leitung, die mit 120 Ohm abgeschlossen ist, ist die reflektierte Spannung ...

v R = v ICH 120 − 100 120 + 100 = 1 11 v ich

Das bedeutet, dass etwa 9,1 % des Eingangssignals reflektiert werden.

Ich glaube, die RS485-Spezifikation besagt, dass der Sender mindestens 1,5 V ausgeben muss und der Empfänger Signale von mindestens 200 mV erkennen muss. In einem typischen Fall wird eine Reflexion von 9,1 % keine Probleme auf RS485 verursachen.

Damit eine so kleine Reflexion tatsächlich Probleme verursacht, müsste das Signal bis zum Erreichen des Empfängers sehr gedämpft sein. Dies könnte zum Beispiel passieren, wenn die Drähte sehr lang sind (wie Tausende von Metern).

LANGSAME SIGNALE

Wenn die physische RS485-Schicht mit UARTs an beiden Enden verwendet wird und die Baudrate langsam ist, sollten wir auch überlegen, ob sich das Signal einpendelt, bevor die Bits abgetastet werden.

Die Ausbreitungsgeschwindigkeit in einem 100-Ohm-Kabel kann etwa 0,6 C betragen (also etwa 0,18 m/ns). Wenn wir (zum Beispiel) ein 100 m langes Kabel hätten, würde das Signal etwa 555 ns brauchen, um die Länge des Kabels zurückzulegen.

Bei einer Reflexion von 9 % würde das Signal auf 99 % seines endgültigen Werts eingeregelt werden, wenn es zweimal zum Empfänger hin- und hergeworfen wird. Ab dem Zeitpunkt, an dem der Empfänger das Signal zum ersten Mal sah, musste er einen weiteren Round-Trip von 1,11 us machen, um zu 99 % ausgeglichen zu sein.

Beachten Sie, dass ich nur 99 % der Abrechnung ausgewählt habe, da es sich um einen einfachen Fall handelt, der eine Rundreise von Reflexionen beinhaltet, wodurch ich die Berechnung demonstrieren kann.

Wenn der UART die Bits in der Mitte der Bitzeit abtastet, wären wir wahrscheinlich in Ordnung, wenn die Hin- und Rückfahrt weniger als 1/2 Bitzeit wäre (sagen wir 1/4 Bitzeit, um sicher zu gehen und den Oszillator zu berücksichtigen Nichtübereinstimmung).

In diesem Fall möchten wir, dass die Bitzeit mindestens 1,11 us * 4 = 4,44 us beträgt.

Im Beispielfall von 100 m Kabel würden Baudraten unter 225 kbps wahrscheinlich vollständig eingestellt werden (z. B. innerhalb von 1 % des Endwerts), bevor der Empfänger das Bit abgetastet hat.

Sie können die gleiche Berechnung mit Ihrer eigenen Kabellänge durchführen, um die begrenzende Baudrate für Ihre Anwendung zu finden.

Bemerkenswerterweise nehmen die Kabelverluste mit der Frequenz zu; ein etwas hoher Wert des Abschlusswiderstands kann zu besseren Ergebnissen führen, da die reflektierte Welle den „Droop“ aufgrund von HF-Verlusten teilweise kompensiert.

Wenn Sie es sich leisten können, eine Verzögerung zwischen dem Senden von Nachrichten auf der Leitung zu haben, würde ich das tun. Da es sicherstellt, dass frühere Nachrichten genügend Zeit haben, sich aufzulösen. Die Zeit, die das Signal benötigt, um sich aufzulösen, hängt von der Länge der Leitung ab, sodass möglicherweise Experimente erforderlich sind, aber ein bisschen Code kann geschrieben werden, der die Zuverlässigkeit der Leitung mit zunehmender Verzögerung testet, und Sie hören auf, sich zu erhöhen, wenn die Nachrichtenübertragung zuverlässig ist .

Die meisten Leitungen reichen typischerweise von 100 Ω bis 150 Ω für Twisted-Pair-Kabel. Solange Sie Widerstände an beiden Enden der Leitung haben , sollte alles in Ordnung sein.

Zur weiteren Lektüre schauen Sie sich diese Seite an, da wird erklärt, wie man optimal mit dem Reflexionsfaktor umgeht.

Eine Verzögerung zwischen Nachrichten würde nicht wirklich helfen, wenn es ein Problem gibt, wäre es eine Überlappung der einzelnen Übergänge, die Bits oder Symbole codieren, mit nicht verbrauchten Reflexionen der vorhergehenden.
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