7/31/2019 Tema 5 OCW - Lineas de Transmision

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Tema 5: Lneas de transmisin,reflexiones y terminadores de bus

Perifricos e Interfaces Industriales

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ndice

Objetivos

Lneas de transmisin Introduccin a la teora de lneas de transmisin

Caractersticas

Impedancia caracterstica de la lnea, velocidad de

propagacin, frecuencia de corte

Reflexiones de la seal

Diagrama de Lattice

Adaptacin de impedancias

Resistencias terminadoras

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Objetivos

Comprender la teora de lneas de transmisin

Qu es Cuando es necesario aplicarla

Entender el fenmeno de las reflexiones de la

seal, y de los problemas que pueden causar en

emisor y receptor

Aplicar tcnicas de adaptacin de impedanciaspara mitigar los efectos anteriores

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Lneas de transmisin

Una lnea de transmisin consiste en

Una lnea de seal que transporta la corriente de unaseal

Una lnea de retorno de seal (habitualmente GND) que

transporta una corriente de retorno de la mismamagnitud que la anterior

Cualquierinterconexin DC entre terminales GND no es una

lnea de retorno de seal

Lnea de seal

Lnea de retorno

Emisor Receptor

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Lneas de transmisin

El rea entre la lnea de seal y el retorno

Determina la capacidad de radiacin RF (RF RadioFrequency) del circuito

Determina la inmunidad a las interferencias electro-

magnticas o EMI (EMI Electro-MagneticInterference)

Por eso se prefiere el par trenzado en comunicaciones,

porque cada giro de la trenza compensa el anterior, ycomo resultado

Se reduce la emisin de ruido RF

Se aumenta la inmunidad EMI

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Lneas de transmisin

Diagrama del circuito que representa a una lnea

de transmisin (por unidad de longitud) L: Inductancia caracterstica [nH/cm]

C: Capacitancia caracterstica [pF/cm]

R: Resistencia caracterstica [ohm/cm]

G: Conductancia caracterstica [ohm-1/cm]

Lneadeseal

Lnea de retorno''

''0

CjG

LjRZ

+

+=

r

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sin,reflexion

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Lneas de transmisin

A altas frecuencias (R

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Lneas de transmisin

Cundo se produce el efecto de las lneas de

transmisin? Siempre, en cualquier conexin emisor-receptor

Cundo es necesario tenerlo en cuenta?

Cuando el tiempo de subida de la seal es menor que

dos veces el tiempo de propagacin:

Con lneas ms cortas

Tiempos de propagacin menores

Todas las reflexiones de la seal ocurren durante la subida o

bajada de la seal, por lo que no influiran en el resultado

Se puede emplear un modelo de carga capacitiva simple

Ltr < 2

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Lneas de transmisin

Valores tpicos de diferentes medios

Hilo de cobre sencillo

(lejos de GND)

Cable de par trenzado

Cable paralelo

(alternando hilo de seal y de GND)

Hilo en placa de circuito impreso

Cable coaxial

Lnea de bus

20 0.06 600 ~4

5 - 10 0.5 - 1 80 - 120 5

5 - 10 0.5 - 1 80 - 120 5

5 - 10 0.5 1.5 70 - 100 ~5

2.5 1.0 50 5

5 - 10 10 - 30 20 - 40 10-20

L [nH/cm] C [pF/cm] Z [ohm] [ns/m]

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Lneas de transmisin

Ejemplo:

Empleamos una tecnologa en el emisor con tr= 2ns Calcular la longitud mxima antes de aplicar la teora

de lneas de transmisin

Utilizando una lnea de bus,

Utilizando par trenzado,

mns/20=

mns/5=

cmmmns

nstL r 505.0/202

2

2==

==

cmmmns

nstL r 202.0/52

2

2==

==

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Lneas de transmisin

Diferencias entre lneas de transmisin y cargas

capacitivas simples

SN74LS00

CL = 10pF

CL = 56pF

CL = 616pF

CL

SN74LS00

Z0= 100 ohmRL = 100 ohmL

L = 0m (~10pF)

L = 1m (~56pF)

L = 11m (~616pF)

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Reflexiones de la seal

Qu ocurre cuando la onda incidente (V) que

avanza por la lnea llega al receptor (RL ) ?

V

V

RL

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Reflexiones de la seal

Un cambio en la impedancia provoca una

reflexin La seal atraviesa la lnea que tiene una impedancia

caracterstica Z0

En el extremo de la lnea, el receptor tiene unaimpedancia de entrada RL

Llamemos B a este extremo de la lnea

El coeficiente de reflexin () es el ratio entre ambasimpedancias

0

0

ZR

ZR

L

L

B+

=

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Reflexiones de la seal

Cuando la onda reflejada en el receptor llega al

emisor se repite el fenmeno Tras atravesar la lnea (Z0) hacia el emisor, la seal

encuentra una impedancia de entrada del emisor (R0)

Llamemos A a este extremo de la lnea

El coeficiente de reflexin en este punto se calcula de

manera anloga

00

00

ZR

ZRA

+

=

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RLB

Reflexiones de la seal

Evolucin de las reflexiones L

Z0A

R0

V0

0

0

ZR

ZR

L

L

B

+

=

00

00

ZR

ZRA

+

=

00

0

0

ZR

ZVVinc

+

=

BAr VV =

1

Arr VV = 12

L

L

RR

RVV

+

=

0

0

.

.

.

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Reflexiones de la seal

Evolucin de las reflexiones

La onda incidente inicial Vinc slo tiene en cuenta loselementos que hay en el emisor (V0, R0, Z0)

En el instante inicial la onda no ha llegado al receptor, por lo

que sus caractersticas no pueden depender de este ltimo (RL)

El valor de la tensin se estabiliza VA = VB = V a la

llamada tensin asinttica o estado quiescente

Cuando las reflexiones desaparecen, VA

= VB

Esta tensin es la resultante del equivalente Thevenin

La que se obtiene cuando despreciamos el efecto de las

reflexiones

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Diagrama de Lattice

El diagrama de Lattice nos ayuda a calcular la

tensin total VA y VB en cualquier momento La tensin en un extremo corresponde a la suma

acumulada de ondas incidentes y reflejadas

Teniendo en cuenta el signo, algunas ondas incidentes

y reflejadas reducen el total de tensin

Tambin tiene en cuenta la longitud (L) y

velocidad de propagacin ( ) de la lnea

Para determinar el instante de cada reflexin

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RLB

Diagrama de Lattice

Clculos del diagrama de LatticeL

Z0,A

R0

V0

VA VB

Vinc

Vr1

Vr2

Vr3

Vr4

t = L

t = 0

t = 3L

t = 5L

t = 2L

t = 4L

t = 0(VB= 0)

VB= Vinc+ Vr1

VB= VB+ Vr3+ Vr4

VB= VB+ Vr4+ Vr5

VA = Vinc

VA = VA + Vr1 + Vr2

VA = VA + Vr3+ Vr4

Vr5

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Diagrama de Lattice

Restricciones del diagrama de Lattice

Slo es aplicable cuando emisor y receptor sonelementos lineales y resistivos

Existen mtodos alternativos: ej. El mtodo Bergeron

Es un mtodo grfico Permite modelar mejor las caractersticas de emisor y receptor,

tanto para elementos lineales como no lineales

Descrito por Texas Instrument, Inc.

http://focus.ti.com/lit/an/sdya014/sdya014.pdf

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Ln

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Reflexiones de la seal

Problemas provocados por las reflexiones

Las tensiones excesivas provocadas por laacumulacin de las reflexiones

Se denominan overshoot y undershoot

Pueden sobrepasar las tensiones mximas admitidas por latecnologa del receptor

Pueden cruzar varias veces el umbral del receptor, haciendo

que una sola transicin lgica en el emisor sea entendida

como una secuencia de valores 1-0-1- en el receptor

Se pueden mitigaro eliminar modificando las

impedancias del circuito

Este procedimiento se denomina adaptacin de impedancias

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Adaptacin de impedancias

Adaptar la impedancia del circuito a la de la lnea

Consiste en aadir elementos capaces de absorber laenerga que no absorbe el emisor (RL elevada)

Elimina las reflexiones

Todas, si se hace en el receptor Todas excepto la primera si se hace en el emisor

Mitiga las reflexiones en lugar de eliminarlas si no se

consigue una adaptacin al 100%

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Adaptacin de impedancias

Resistencia terminadora en el receptor

Resistencia en paralelo al receptor, R = Z0

No elimina las reflexiones, slo mitiga su efecto

Debido a la impedancia de entrada inherente del receptor

Exige del emisor una alta capacidad de corriente

R = Z0

Lnea de seal

Lnea de retorno

Z0VA

VB

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Ln

easdetransm

isin,reflexion

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Adaptacin de impedancias

Resistencia terminadora en el emisor

Resistencia en serie con el emisor, R = Z0

La primera reflexin, Vr1 = V si RL

Reduce a la mitad la exigencia de corriente del emisor

Z0R = Z0 VA

VB

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Ln

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R = Z0

Adaptacin de impedancias

Resistencias terminadoras de bus

Resistencias en paralelo en ambos extremos, R = Z0

Se emplea en conexiones multipunto

Los nodos se conectan con derivaciones (trunk-lines)

Deben tener una longitud mnima

Son puntos de impedancia diferente, generan reflexiones

Z0

R = Z0 Trunk-lines