HOOFDSTUK 7: Interconnectie

Transcriptie

1 HOOFDSTUK 7: Interconnectie situering verbinding tuss compont schakeling elektrische netwerk signaal aan beide kant steeds idtiek => ge ruis => onmiddellijke overdracht fysische wereld beperking van lichtsnelheid => steeds signaal met vertraging verstur elektrische interconnectie zelf dynamisch systeem => uitgangssignaal nooit exacte replica van ingangssignaal eigschapp in reking brg bij snelle schakeling belangrijke soort verbinding * circuits op zelfde chipoppervlak * circuits tuss chips op zelfde drager (Printed Circuit Boards) * verbinding tuss system 1. Bijna verliesloze basis-transmissielijn (punt-tot-punt) opbouw structuur twee geleiders evwijdig op constante afstand van elkaar stroom in geleiders gelijk teggesteld we beschouw klein stukje met lgte 1

2 eigschapp magneetveld opgewekt door stroom in geleiders => magnetische flux in rechthoekige lus flux evredig met stroom met evredigheidsfactor met specifieke zelfinductie elektrisch veld opgewekt door pottiaalverschil tuss geleiders (verevoudiging: stel teggestelde pottiaal) => uitgaande elektrostatische flux rond e geleider => netto lading op stuk geleider tot lading evredig met pottiaalverschil met evredigheidsfactor met specifieke capaciteit schematische voorstelling als elektrisch netwerk gedrag stationair gedrag pottiaalverschil + stroom constant => veld ontkoppeld => ge activiteit dus spanning einde gelijk aan spanning begin snel dynamisch gedrag beide veld gekoppeld door Wett van Maxwell of uitgewerkt met conclusies twee gelijke spanningsgolv in omgekeerde richting twee gelijkvormige stroomgolv maar met constante verhouding gevolg zie reflectiediagramm de karakteristieke impedantie 2

3 reflectiediagramm situatie links spanningsbron met inwdige weerstand rechts belastingsweerstand aan massa randvoorwaard links (reële spanningsbron) dus voorwaard rechts (weerstand) dus stabilisatiegedrag eerst ge teruglopde golf golf komt rechts aan moet voldo aan voorwaard golf => golf kaatst terug komt links aan moet voldo aan voorwaard => nieuwe golf bij oorspronkelijke optell z.. conclusie spanningsverloop = oneindige som van he weer lopde golv weerkaatste golf is factor kleiner dan aankomde golf de reflectiecoëfficiënt methode van Bergeron grafische methode om snel elegant amplitudes te bepal 3

4 getermineerde vs. niet-getermineerde lijn reflecties kunn problem gev resonantie ongewste omslag van flipflops spanning in verbod gebied (indi groot) terminatie reflectiecoëfficiënt 0 mak door slim impedanties bron + belasting te kiez gevolg: overgangsverschijnsel sterk in te kort parallelterminatie werking wijziging aan ontvangd einde aansluit op parallel resistief netwerk met impedantie (zie figuur) gevolg: ge weerkaatsing van eerste golf voordeel: iets sneller terminatie is 1x doorlooptijd nadeel: statische dissipatie want steeds stroom door resistief netwerk bij hoge spanning serieterminatie werking wijziging aan aansturd einde aansluit op extra impedantie in serie zodat totale impedantie wordt (zie figuur) gevolg: aansturde zijde werkt bij eerste golf als spanningsdeler + overkant neemt mete juiste waarde aan + evtueel 1x weerkaats, maar aan aansturde kant weg nadeel: iets trager terminatie is 2x doorlooptijd <-> ontvangd einde heeft waarde al na 1x doorlooptijd voordeel: ge statische dissipatie want belastingsimpedantie voornamelijk capacitief 4

5 2. Resistieve transmissielijn (punt-tot-punt) situering langere verbinding op chips gaan via metaalbaantjes vroeger breed dik => als verliesarm beschouw <-> nu steeds kleiner, maar lgte blijft gelijk! gevolg: weerstand niet langer verwaarloz! RC-transmissielijn specifieke zelfinductie vervang door weerstand per lgte andere differtiaalvergelijking => ge voortplantde golv meer gedrag kmerk propagatietijd kwadratisch in lgte lijn! <-> verliesloze lijn: lineair in de lgte oplaadcurve heeft vorm van parallel RC-circuit (H3) in begin traag, want eerst voorste capaciteit oplad oplossing (voorlopig) betere material gebruik verbinding slimmer dimsioner (kleine ) lange verbinding opsplits in segmt versterkers/repeaters ertuss => segmt korter, dus signaaloverdracht proportioneel sneller flipflops opnem => pijplijn in de lijn + waarde tijdelijk opslaan => waarde verplaats over meerdere klokperiodes asynchrone circuits intern synchroon communicer expliciete synchronisatie voor externe communicatie 5

6 3. Meerpuntconnecties buss subklass * 1 aansturingspunt vele ontvangers vb. kloksignaal *meerdere mogelijke aansturingspunt => vorm van arbitrage nodig buss vb. PCI-bus, coaxiale Ethernetkabel, aanname: goede aansturing poort => steeds 1 aansturingspunt tegelijkertijd + rest staat af of luistert eigschapp t.o.v. punt-tot-punt * meerdere belasting op geleider + op verschillde plaats * aanstuurpunt niet altijd op einde v/d lijn + vertakking mogelijk * aansturde poort hebb speciale eigschapp effect meerdere aansluitpunt elke poortingang heeft capaciteit parallel op lijn geschakeld => in reking brg door verhoging specifieke capaciteit v/d lijn kloksignaal verspreid doel: alle signal op zelfde momt aankom op e PCB afstand bron tot eindpunt gelijk mak => boomstructuur met symmetrische afsplitsing impedantiecontrole want bij impedantiesprong weerkaatsing terminatie aan eindpunt nodig (parallelterminatie) passieve klokboom op e chip volledige andere aard (ge bijna verliesloze transmissielijn) afstand bron tot eindpunt gelijk mak => boomstructuur met symmetrische afsplitsing repeaters/versterkers op elke aftakking herstelt signaal kleinere belasting voor verdere weg zeer moeilijk + zeer veel vermogdissipatie (tot 30%) actieve klokboom buslijn gewone transmissielijn zonder aftakking bronn + ontvangers niet aan uiteind => maar deel van karakteristieke impedantie van de lijn veel ontvangers aangeslot => bijkomde verlaging karakteristieke impedantie door ingangscapaciteit 6