Comments 47
Сразу всю статью не осилил, вечером дочитаю, очень интересная статья.

Возник чисто практический вопрос, если мы рассматривать что линия это дорожке на плате то при какой частоте и длине нужно начинать задумываться об длинных линиях. Хотя бы примерные значения)
Начиная с 0,5-1ГГц. Посмотрите, как на материнке затейливо извивиются дорожки вокруг процессора и памяти. Это как раз для выравнивания задержек.
Про одинаковую длину проводов (дорожек) в шине я знаю, это нужно(очень желательно) даже на частотах порядка 100МГц.

Ну а кроме одинаковой длинны на частотах 75-100 Мгц что нибудь ещё требуется?)
Еще нужно учитывать взаимную индуктивность и емкость между дорожками, это же не витая пара, но пусть лучше ответит автор.
Да, паразитная ёмкость между проводниками на высоких частотах проявляется сильнее. В микроконтроллерах рекомендуют ставить кварц и конденсаторы в его обвязке как можно ближе к выводам микроконтроллера, чтобы уменьшить паразитные наводки и ёмкости.
Есть ещё такие понятия как волновое сопротивление и согласование.
Волновое сопротивление вычисляется через физические характеристики линии. Для коаксиальной оно зависит от диэлектрика, диаметров оплётки и центрального проводника, для микрополосковой линии (так в СВЧ называют дорожку на подложке) определяется материалом и толщиной подложки, а также шириной линии.
У источника сигнала и нагрузки также имеется сопротивление, и чтобы волна, проходящая по линии связи максимально эффективно передавал сигнал от источника к нагрузке необходимо согласовать сопротивление источника сигнала с волновым сопротивлением линии передачи и с сопротивлением нагрузки (они должны быть равны).
На практике схемы, работающие на частотах 75-100 МГц, разводятся без особых премудростей. Терминаторы ставят только на длинные (десятки сантиметров) шины и шлейфы. Тут больше внимания стоит уделить взаимному влиянию цепей через емкости и индуктивности.
Всякие извраты с топологией проводников начинаются на частотах от 500 МГц. Не рекомендуется проводники резко ломать, скачком изменять ширину и т.п.
На частотах в десятки ГГц уже любая дорожка начинает работать как длинная линия. Резонаторы и фильтры делают в виде особых фигур на плате. Топология на СВЧ обычно обсчитывается специальным софтом, вручную это нереально.

Да, и комментарием ниже BarsMonster совершенно справедливо заметил про фронты. Меандр с резкими фронтами имеет очень широкий спектр, верхняя граница которого как раз зависит от крутизны фронтов. Именно на эту частоту и нужно рассчитывать линии.
Меандр с резкими фронтами имеет очень широкий спектр, верхняя граница которого как раз зависит от крутизны фронтов. Именно на эту частоту и нужно рассчитывать линии.

Мало кто это понимает. Даже если уйти от ВЧ, а взять, к примеру, силовуху: когда люди пытаются настроить преобразоваетль, выжать из него максимальный КПД, и смотрят на всё это дело через старый дедушкин осциллограф с полосой 1МГц, мотивируя тем, что там частоты в десять раз ниже.
Тут главное не частота, а ширина фронтов — если мы говорим о цифровом сигнале.

Согласовывать нужно, когда ширина фронта сигнала сравнима со временем прохождения сигнала по дорожке.
За 1нс сигнал проходит примерно 15 сантиметров.

Следовательно, если дорожка 30 сантиметров, то задумываться о согласовании нужно, если фронты по 2нс +-100%.

Частота тут вторична. Т.е. если тупо поставить быструю TTL логику (LVC, VHC серии), то проблемы будут уже на 7-15см дорожках, независимо от того как часто 1 сменяется на 0 и обратно.

Это одна из причин зачем в FPGA и некоторых микроконтроллерах сделали возможность управлять «резкостью» фронтов. Чем «медленнее» фронт — тем меньше проблем с согласованием и мусором.
Спасибо. Наконец-то теперь стало совершенно понятно, зачем нужны терминаторы на линиях и зачем столько возни с согласованием. До этого часто встречал термины, но не понимал сути. Всё написано очень доходчиво.

К слову, могу подкинуть тему для еще одной статьи, хотя и более примитивную — откуда появляется напряжение 127в между корпусом компьютера и оплеткой коллективной антенны, почему при установлении контакта антенны с корпусом вылетает УЗО, и как с этим бороться грамотно — заземление, зануление, гальваническая развязка. Я в общем понимаю, что проблема в отсутствии настоящей земли в совковых постройках, но интересна ситуация в деталях.
В блоке питания реализована виртуальная земля (http://bp.xsp.ru/circuit/atx/bpatx.gif после диодного моста) с помощью двух конденсаторов, вот они и делят 220в пополам, и поэтому бьёт,
а коллективная антенна из-за стекания заряда по экранированноу кабелю и возможно коллектвная антенна воткнута в телевизоры подклчнные к разным фазам от подстанции
Хотелось бы уточнить.

Вы пишите:
>> В медном проводе сигнал передается со скоростью около 2/3 скорости света (около 2·108 м/с). Это значит, каждые 20 см кабеля дадут 1 нс задержки.

В википедии:
Скорость направленного движения частиц в проводниках зависит от материала проводника, массы и заряда частиц, окружающей температуры, приложенной разности потенциалов и составляет величину, намного меньшую скорости света. За 1 с электроны в проводнике перемещаются за счет упорядоченного движения меньше чем на 0,1 мм. Несмотря на это, скорость распространения собственно электрического тока равна скорости света, то есть скорости распространения фронта электромагнитной волны.

Где врут?
Никто не врёт. 3*10^8 м/с — это скорость электромагнитной волны в вакууме. А в металле эта скорость, естественно, ниже.
Я вас расскажу как всё на самом деле происходит.
Волна не распространяется в металле, она там быстро затухает. В металле проходит ток, который и образует вокруг себя магнитное поле. Когда передаётся сигнал, то передаваемый ток изменяется во времени. Изменяющийся во времени ток образует переменное во времени магнитное поле, а, как известно из закона Максвелла, переменное магнитное поле образует переменное электрическое поле, которое, в свою очередь, образует переменное магнитное поле. Так получается электро-магнитная волна. Она распространяется в пространстве около проводника. Если это пространство — вакуум (или воздух), то можно считать, что сигнал распространяется со скоростью света. Если взять коаксиальный кабель, то волна распространяется в пространстве между центральной жилой и оплёткой. Если там диэлектрик, то скорость распространения волны замедлится в корень из диэлектрической проницаемость раз.
Вот у нас цилиндрический проводник с током. Этот ток (назовем его первичным, синяя стрелка) порождает магнитное поле (оранжевое), линии которого кольцами опоясывают ось проводника. При изменении тока магнитное поле тоже меняется. Переменное магнитное поле порождает ток по закону э/м индукции. Линии индукционного тока (фиолетовые) перпендикулярны линиям магнитного поля и замкнуты. Внутри линии магнитного поля индукционный ток направлен так, что препятствует изменению первичного тока, а снаружи — способствует. Чем быстрее меняется первичный ток, тем сильнее эффект. Так и получается, что переменному току тяжело течь внутри проводника, но легко вблизи поверхности.


Понятно рассказал? =)
Жаль что в частном. Почитали бы хоть 1-3 лекции в неделю в каком-нибудь вузе.
Автор, надо как-то по другому рассказывать по эти линии.
Это точно не для начинающих, у которых и осциллографа то и нету.
Ядро статьи не для начинающих, если сказать в кратце.

Я отправлял просьбу DIHALT по освещению этой темы. Но вдохновление сложно найти.

Спустить хотя бы эту статью, до уровня университета, где изучают основы теории цепей.

А я так наделяся на статью :)) ПОтому, что глухая тема для универа. Чисто интерес остался.
Тут важнее практика а не теория, по теоретической части тут хватит 3 курса университета если не 2 — зависит от того на каком курсе ТОЭ.

Мое мнение что человеку который с этим не разу не сталкивался (не то чтобы сам делал а смотрел чужие работы) бессмысленно пытаться сделать сразу сложную вещь, нужно постепенно повышать опыт и количество знаний.

Я считаю что статья очень хорошо написана, она понятно и наглядно все показывает, комментарии при переводе тоже очень хорошие.
Абсолютно согласен, без опыта все это просто абстракции и только со временем знания складываются в упорядоченную систему.
Ну извините, тут нет хаба «Электроника для зубров» :)

На самом деле, вы правы. Эта статья предполагает, что читатель знаком с основами электроники и немного — с теорией длинных линий (хотя бы по википедии). Тут не рассказывается почти ничего о причине наблюдаемых явлений, зато наглядно показано, что же происходит «в железе».
Я попробую на досуге написать простыми словами о теории длинных линий, раз эта тема нашла такой отклик.
Зато благодаря статье я понял, как работает флюковский кабельный тестер.
Автору большой респект!

А можно ли, хотя бы в общих чертах, услышать соображения по работе аудио-кабеля? Особенно в разрезе «сделай сам из витой 7-й категории» или что-то подобное ;) А то инфы в инете вроде как и много, но компетентной — днем с огнем не сыскать ;(
Ну, вот в статье выше были разобраны особенности прохождения сигнала, источники искажения и методы борьбы с ними. Просто сигнал рассматривался цифровой, а с аудио-сигналом все немного по другому происходит (другие частоты и токи, да и оборудование) и требования тоже немного отличаются… Собственно, интересует как заиметь качественный аудио-кабель в разумную цену.

Увы, но даже недешевые кабеля известных фирм вовсе не обеспечивают гарантию отсутствия слышимого искажения аудио-сигнала, очень много продукции среднего пошиба, что продвигается исключительно маркетингом с расчетом «авось найдется лох который купится на рекламные обещания, все равно осцилографом мерять не будет». Вспомнить хотя бы позолоченные безкислородные бла-бла кабели питания для подсоединения к алюминиевой электропроводке ;)
Ох, скользкую вы тему затронули! Пока не понабежали аудиофилы, поясню пару моментов. То, что вы называете «аудио-кабель», делится на несколько разных категорий, соответственно, и требования разные.

1) Цифровой межблочный кабель. Про цифру уже все сказали. Если и появляются искажения, то в виде неравномерного запаздывания фазы (джиттер). Многое еще зависит от протокола передачи и коррекции ошибок. Вспоминается история про алюминиевую вешалку ;)

2) Аналоговый межблочный кабель. Для звуковых частот (20Гц-20кГц) и кабелей длины порядка метров эффекты длинных линий не проявляются. От кабеля требуется хороший экран, качественные разъемы и нормальная пайка. Бескислородная медь якобы снижает контактные искажения на границе кристаллов металла (вы ведь знаете, что медь — это поликристалл?). Кто-то их слышит, кто-то нет, единого мнения не существует. При грамотно построенных входных и выходных каскадах не имеет особого значения сопротивление и индуктивность кабеля, важнее стабильность параметров.

3) Выходной кабель, от усилителя к колонкам. Главное требование: пожирнее! низкие сопротивление и индуктивность. Ну и контакты не на соплях, разумеется. Золото здесь применяется не из-за «благородности», а потому что оно не окисляется.

4) Кабель питания. Самая холиварная тема. Естественно, находятся люди, которые его «слышат». На мой взгляд, гораздо важнее схемотехника блока питания и грамотная разводка земли. Ну и отсутствие соседа с электросваркой =)
Собственно, поскольку для межблочников применять что-то кроме цифры особого смысла нет (исходный сигнал то все равно цифровой), а про бесполезность золотых кабелей питания я уже упоминал — интерес вызывает как раз выходной кабель.

В частности — поскольку жирность обеспечивается многожильностью — какое влияние на индуктивность/емкость оказывает тип переплетения жил? Есть ли смысл плести косички, или разнонаправленные свивки для разных пар жил, другие варианты..? Насколько оправданно применение медной фольги, высококачественной меди, проводов раздельного типа для bi-amp подключения, как совмещать эти разные провода для bi-amp в одной оболочке…?
Пока вы не собираетесь поставить колонки в дочерта метрах от усилителя — нет никакой разницы, всеравно у динамиков свои искажения гораздо больше, чем вам кабель даст.
Для простоты и дешевизны — можете вообще осветительным проводом всё проложить — дешего и сердито.
Не могу с Вами согласиться, разница в звуке таки есть. Для заметных искажений достаточно изменить аудио-сигнал на считанные проценты. Человеческое ухо весьма чуствительный инструмент. Учитывая наводки (не столько внешние, сколько внутренние), отражения и затухание сигнала, особенно на высоких частотах…
Макетная плата вносит кое-какие помехи при работе с высокими частотами.
Попробуйте тоже самое, но спаять либо навесным монтажом, либо на разведенной плате. Сигнал станет чище.
У Ди Хальта кажется видел подобное
В закладки, однозначно
Меня эта тема волнует в свете использования витой пары для передачи аналогового видео (система видеонаблюдения), отсюда маленький вопрос: ставить ли дополнительное согласующее сопротивление на трехсотметровую линию или в регистраторах уже что-то имеется?
Регистраторы рассчитаны не на витую пару, а на коаксиал (50 или 75 ом). Для коаксиала там все согласующие элементы есть, а витую пару туда напрямую втыкать нельзя. Для передачи видеосигнала по витой паре применяют девайс, называемый Balun (balancer-unbalancer). Он преобразует балансный сигнал, передаваемый по витой паре, в небалансный, а заодно согласовывает волновые сопротивления.
Можете расспросить AlexeyNadezhin, он этими вещами занимался.
спасибо за статью. прямо как на лабу на 3м курсе института попал. правда осцилографы попроще были и немного другие темы по передаче данных изучали. ностальгия прямо…
Only those users with full accounts are able to leave comments. Log in, please.