Wie hängt die Anstiegszeit von der Bandbreite des Signals ab?

Es gibt keine Eins-zu-Eins-Beziehung zwischen Anstiegszeit und Bandbreite. Ein Slew-Rate-Limiter ist ein nichtlinearer Filter und kann daher nicht direkt als Tiefpassfilter mit einer offensichtlichen Rolloff-Frequenz charakterisiert werden. Stellen Sie sich das im Zeitbereich vor, und Sie können sehen, dass eine Begrenzung der Anstiegsgeschwindigkeit Signale proportional zur Amplitude beeinflusst. Ein auf 5 V/µs begrenztes 5-Vpp-Signal kann keine kürzere Periode als 2 µs haben, an welchem ​​Punkt es zu einer 500-kHz-Dreieckswelle degeneriert. Wenn die Amplitude jedoch nur 1 Vpp betragen muss, liegt die Grenze bei einer 2,5-MHz-Dreieckswelle. Da der Bandbreitenbegriff weniger klar wird, wenn es sich um einen nichtlinearen Filter handelt, kann man bestenfalls näherungsweise darüber sprechen.

Ihre Antwort kann auch stark variieren, je nachdem, was genau "Anstiegszeit" ist. Dies ist ein Begriff, der niemals ohne Einschränkung verwendet werden sollte. Selbst ein einfacher RC-Filter hat eine mehrdeutige Anstiegszeit. Seine Sprungantwort ist exponentiell, wobei kein Ort ein klares "Ende" ist. Seine Anstiegszeit ist daher unendlich. Ohne einen Schwellenwert dafür, wie nahe am Ende Sie als aufgegangen gelten müssen, ist der Begriff "Anstiegszeit" bedeutungslos. Aus diesem Grund müssen Sie entweder von der Anstiegszeit auf einen bestimmten Bruchteil des Endwerts oder von der Anstiegsgeschwindigkeit sprechen .

Die Gleichung, die Sie aufstellen, ist daher einfach falsch, zumindest ohne eine Reihe von Einschränkungen. Vielleicht sind diese auf der Seite zu finden, von der Sie es bekommen haben, aber wenn Sie es ohne Kontext zitieren, wird es falsch. Ihre Frage ist in ihrer jetzigen Form unbeantwortbar.

Hinzugefügt:

Sie sagen jetzt, das eigentliche Problem bestehe darin, hohe Frequenzen von scharfen Kanten zu begrenzen, damit Teile des Signals nicht in den Frequenzbereich gelangen, in dem Ihr Kabel zu einer Übertragungsleitung wird. Dies hat wenig direkt mit der Anstiegszeit zu tun. Da das eigentliche Problem der Frequenzinhalt ist, sollten Sie sich direkt damit befassen. Der einfachste Weg ist wahrscheinlich ein RC-Tiefpassfilter. Stellen Sie es so ein, dass es oberhalb der höchsten interessierenden Frequenz im Signal und deutlich unterhalb der Frequenz abfällt, bei der Ihr System nicht mehr als konzentriert angesehen werden kann. Wenn zwischen diesen kein Frequenzraum ist, dann können Sie nicht, was Sie wollen. In diesem Fall müssen Sie ein Signal mit geringerer Bandbreite oder ein kürzeres Kabel verwenden oder sich mit den Aspekten der Übertragungsleitung des Kabels befassen.

In Ihrem Fall sagen Sie, dass die höchste interessierende Frequenz 30 MHz ist. Stellen Sie den Filter also auf diesen oder einen etwas höheren Wert ein, sagen wir 50 MHz, da dies Ihr gewünschtes Signal ziemlich intakt lässt. Die Wellenlänge von 50 MHz beträgt im freien Raum 6 Meter. Sie haben nicht gesagt, welche Impedanz Ihre Übertragungsleitung hat, aber nehmen wir an, die Ausbreitung ist halb so schnell wie das Licht, wodurch eine Wellenlänge von 3 Metern auf dem Kabel verbleibt. Um ziemlich sicher zu sein, wenn Sie Probleme mit Übertragungsleitungen ignorieren, möchten Sie, dass das Kabel 1/10 Wellenlänge oder weniger hat, was 300 mm oder etwa einem Fuß entspricht. Wenn das Kabel also einen Fuß oder weniger lang ist, können Sie einen einfachen RC-Filter bei 50 MHz hinzufügen und es vergessen.

Übertragungsleitungseffekte treten nicht einfach plötzlich bei einer magischen Wellenlänge relativ zur Drahtlänge auf, also ist es ein grauer Bereich, wie lang zu lang ist. Bis zu 1/4 Wellenlänge kann oft kurz genug sein. Wenn es "lang" ist, verwenden Sie am besten einen impedanzgesteuerten Treiber und einen Abschlusswiderstand am anderen Ende. Das ist aber umständlich und dämpft auch das Signal um die Hälfte. Sie behandeln entweder die niedrigere Amplitude am Empfänger oder verstärken sie am Sender, bevor sie durch die Antriebsimpedanz und die charakteristische Impedanz der Übertragungsleitung geteilt wird.

Eine einfachere Lösung, die einige experimentelle Optimierungen erfordern kann, besteht darin, einfach einen kleinen Widerstand in Reihe mit dem Treiber zu schalten und damit fertig zu sein. Dadurch wird ein Tiefpassfilter mit der Kapazität des Kabels und allen anderen Streukapazitäten gebildet. Es ist nicht so vorhersehbar wie ein absichtliches RC, aber viel einfacher und oft gut genug.

Diese Formel nennen wir typischerweise die Kniefrequenz. Sie basiert auf der Anstiegszeit des Signals von 10 % bis 90 % und wird normalerweise als Annäherung verwendet, um uns zu sagen, was die höchste interessierende Frequenz in einem von uns verwendeten digitalen Signal sein könnte. Oder besser gesagt, wo der größte Teil des hochfrequenten Energieinhalts dieses Signals gefunden werden kann. Wenn Ihr Kanal diese Bandbreite passieren kann, werden Sie theoretisch keine Roll- oder Anstiegszeitverschlechterung des Signals feststellen. Natürlich gibt es in der Praxis auch andere Dinge wie Reflexionen, die Ihr Signal beeinflussen können. Hier ist Tom D von Mentor, der es auf SI-LIST gut erklärt .

Mich würde mehr interessieren, welche Länge und welches Material für deinen Kanal verwendet wird. Ist es lang genug, dass Sie Übertragungsleitungseffekte berücksichtigen müssen (länger als eine viertel Wellenlänge, manche würden 1/6 Wellenlänge sagen). Ich weiß nicht, was Sie aus Ihrem Beitrag machen, also versuche ich nur, einige allgemeine Ratschläge zu geben. Der Versuch, Ihre Anstiegszeit auf irgendeine Weise zu verlangsamen, wenn Sie sie nicht benötigen, ist an und für sich keine schlechte Idee, vorausgesetzt, Ihr Treiber kann die von Ihnen verwendete Filterlast bewältigen, ohne zu explodieren.

Warum stellen Sie nicht einfach sicher, dass Sie eine geeignete Übertragungsleitungsstruktur / ein geeignetes Kabel verwenden und ordnungsgemäß abschließen? Ich bin sicher, Sie haben Ihre Gründe für Ihr Projekt, also nur ein Vorschlag ;)

Die von Ihnen zitierten Formeln werden für die BW von Signalen verwendet, die an der Emission von Kanten beteiligt sind. Und es sind einige Annahmen eingebaut, wie zum Beispiel: Die meisten digitalen Signale in der Mitte des Schwingens sehen aus wie eine Stromquelle in einen Kondensator (dh eine lineare Rampe), die sich oben und unten verjüngt. Es gilt auch, das für Ihre Übertragungsleitung zu verwenden, was Reflexionen usw. betrifft und abrollt.

Aber es spricht nicht für Harmonische, die ~ 1 / t (Anstieg) betragen. dh Sie sehen diese 200-MHz-Spuren im Spektrum.

Für den Empfänger müssen Sie sich das Augendiagramm ansehen, um sicherzustellen, dass Ihre Haltezeiten eingehalten werden. Und dies ist ein Zeitbereichsszenario. Sie können also Schaltungselemente darin haben, die Ihnen helfen, Ihr Timing einzuhalten, und die auf der Frequenzseite der Dinge nicht sichtbar sind. Ihr BW kann also verwendet werden, um Dinge in seiner Interaktion mit der Haltezeit zu beschreiben, aber Sie können die Haltezeit nicht unbedingt direkt von BW ableiten. Modellbau oder Prüfstände sind hier der Weg.

Ich bin mir nicht sicher, ob ich alle Beiträge vollständig gelesen habe, aber in Bezug auf den ursprünglichen Beitrag (von dem Typen mit der Anstiegszeit von 5 ns). Sie sollten Bücher von Dr. Howard Johnson oder Lee Ritchey lesen. Das erklären sie ausführlich.

Versuchen Sie nicht, das Signal zu verlangsamen, außer unter besonderen Umständen ist dies nicht erforderlich.

Wenn Sie aus dem theoretischen Dreck herauskommen und eine praktische Lösung finden möchten, können Sie Folgendes verwenden: Wenn die Länge der Spur länger als 1/5 der durch die Anstiegszeit der Kante repräsentierten Flugzeit ist, haben Sie eine Übertragungsleitung und Kündigung brauchen. In einem praktischen Fall beträgt die Laufzeit bei Verwendung von FR4 oder einem gleichwertigen Material mit einer Dielektrizitätskonstante von etwa 4 bis 4,6 etwa 5,5 Zoll pro Nanosekunde. Bei einer Anstiegszeit von 5 ns haben Sie einen Flankenübergang, der etwa 27,5 Zoll lang ist. Wenn Sie 1/5 davon nehmen, erhalten Sie 5,5 Zoll. Wenn Ihre PWB-Leiterbahn also länger als 5,5 Zoll ist, sollten Sie einen Reihenabschlusswiderstand verwenden, um die Impedanz anzupassen (für eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung).

Wenn Sie 50-Ohm-Leiterbahnen haben, sollte der Widerstand 50 Ohm minus der Quellenimpedanz des Treibers betragen (für den Serienabschluss mit reflektierten Wellen). Beginnen Sie mit einem 20-Ohm-Widerstand. Wenn Sie ein übermäßiges Überschwingen (mehr als 5 %) bekommen, machen Sie es größer, wenn Sie eine abgerollte Kante bekommen, machen Sie es kleiner. Es muss nicht perfekt sein, um gute Ergebnisse zu erzielen. Verwenden Sie im Idealfall die Hyperlynx-Software, um jedes Mal nahezu perfekte Ergebnisse zu simulieren und zu erzielen.

Übrigens, diese Gleichung .34/Trise ist eine gültige Gleichung für praktische Anwendungen. Und die Anstiegszeit wird allgemein als die Zeit von 10% bis 90% der Signalspannung vereinbart (Ausnahmen gelten nicht für das, was Sie tun). Um in Ihren Entwürfen konservativer zu sein, verwenden Sie .5/Trise.