Por que colocar um resistor em série com linha de sinal?

Muitas vezes em circuitos, vejo um resistor colocado em série em uma linha de sinal e às vezes até em série com a linha VDD de um MCU. A intenção disso é suavizar o ruído na linha? Como isso é diferente de usar uma tampa pequena, como uma .1µF para fazer a mesma coisa?

Dois motivos comuns são a integridade do sinal e a limitação de corrente na conversão de nível lento.

Para a integridade do sinal, qualquer incompatibilidade na impedância da linha de transmissão formada por um traço de placa de circuito impresso e componentes conectados pode causar reflexos nas transições de sinal. Se eles puderem saltar para frente e para trás ao longo do traço refletindo as incompatibilidades no final por muitos ciclos até que desapareçam, os sinais "tocam" e podem ser mal interpretados por nível ou como transições de borda adicionais. Normalmente, um pino de saída tem uma impedância mais baixa que o traço e um pino de entrada uma impedância mais alta. Se você colocar um resistor de série que corresponda à impedância da linha de transmissão no pino de saída, isso instantaneamente formará um divisor de tensão e a tensão da frente de onda que percorre a linha será metade da tensão de saída. Na extremidade receptora, a impedância mais alta da entrada parece essencialmente um circuito aberto, que produzirá uma reflexão em fase dobrando a tensão instantânea de volta ao original. Mas se essa reflexão puder retornar à saída de baixa impedância do driver, ela refletirá fora de fase e interferirá construtivamente, subtraindo novamente e produzindo toque. Em vez disso, é absorvido pelo resistor em série no driver, selecionado para corresponder à impedância da linha. Essa terminação de origem funciona muito bem em conexões ponto a ponto, mas não tão bem em conexões multiponto. Em vez disso, é absorvido pelo resistor em série no driver, selecionado para corresponder à impedância da linha. Essa terminação de origem funciona muito bem em conexões ponto a ponto, mas não tão bem em conexões multiponto. Em vez disso, é absorvido pelo resistor em série no driver, selecionado para corresponder à impedância da linha. Essa terminação de origem funciona muito bem em conexões ponto a ponto, mas não tão bem em conexões multiponto.

A limitação atual na tradução em nível lento é outro motivo comum. As tecnologias CMOS IC de diferentes gerações têm tensões operacionais ótimas diferentes e podem ter limites de danos definidos pelo pequeno tamanho físico dos transistores. Além disso, eles não podem tolerar nativamente ter uma entrada em uma tensão mais alta que a sua fonte. Portanto, a maioria dos chips é construída com pequenos diodos, desde as entradas até o suprimento, para proteger contra sobretensão. Se você estiver dirigindo uma parte de 3,3v de uma de 5v (ou mais provável hoje, de 1,2 ou 1,8v de uma fonte de 3,3v), é tentador confiar apenas nesses diodos para fixar a tensão do sinal em uma faixa segura. No entanto, muitas vezes eles não conseguem lidar com toda a corrente que pode ser potencialmente obtida pela saída de tensão mais alta; portanto, um resistor em série é usado para limitar a corrente através do diodo.

Sim, a integridade do sinal é o motivo. O uso de um boné diminuirá bastante a borda e não ficará tão limpo. O livro padrão sobre o assunto é Design Digital de Alta Velocidade: Um Manual de Magia Negra . Como regra geral, 22,1 ohms geralmente são usados ​​como ponto de partida. Você pode usar uma ferramenta de simulação de integridade de sinal, como o HyperLynx da Mentor Graphics, para obter uma melhor análise antes da construção da placa.

Na linha VDD, esse não é o motivo. Algumas pessoas podem colocar um resistor de miliohm lá para medir a potência e substituí-lo por 0 ohm para produção. Outros, especialmente analógicos, podem colocar um filtro RC para se livrar do ruído.

Em que tipo de produto? Do lado do consumidor, provavelmente é para a integridade do sinal (consulte a resposta de Brian).

Em uma ferramenta de desenvolvimento, pode ser para limitação de corrente. Costumo soltar alguns resistores de 470 ohm nas linhas de sinal dos meus projetos para linhas de dados que se conectam a módulos externos. A corrente consumida por uma entrada digital não é suficiente para causar uma grande queda de tensão nesse resistor. A limitação atual significa que nada (normalmente) se torna fumo se eu cometer um erro ao conectar coisas, ou se algo diminuir uma conexão em uma placa exposta. É diferente de um boné porque ele capta muita corrente na borda digital (por um tempo curto, mas às vezes não desprezível), tendo o efeito oposto de um resistor.

Não sei se é disso que você está falando, mas um resistor pequeno (<100 ohm) pode ser colocado na saída de um amplificador operacional que está direcionando uma longa fila, para que a carga capacitiva não cause o amplificador para oscilar.

Também pode ser usado para garantir que dois amplificadores tenham exatamente a mesma impedância de saída, para criar uma linha balanceada que rejeite a interferência.

Mais duas respostas:

1. A adição de um resistor a uma linha pode limitar os fluxos de corrente prejudiciais que, de outra forma, resultariam de transientes curtos de alta tensão, como os causados ​​por descargas eletrostáticas (ESD).
2. Um resistor de baixo valor, alinhado com a entrada da fonte de alimentação de um chip, reduzirá uma voltagem proporcional à corrente de alimentação do chip. Se alguém souber o valor do resistor, poderá conectar um medidor, medir a tensão e inferir a corrente, sem interromper a operação do circuito. O circuito funcionará da mesma forma com ou sem o medidor necessário. Por outro lado, se a placa tivesse um ponto de conexão para um amperímetro em série com o suprimento, seria necessário encurtar essa conexão sempre que a matéria não estivesse presente.

Vi um Xilinx FPGA, programado para dirigir um multiplexador analógico de linha / coluna CMOS em um gerador de imagens, lixeira o multiplexador porque as bordas digitais do Xilinx com menos nanossegundos de segundo ficaram MUITO ABAIXO no solo e MUITO ACIMA do VDD. Isso foi observado com uma sonda de 1pF com velocidade de 900 MHz (a sonda fet ativa TEK P6201, obsoleta por muito tempo). Sua sonda lenta normal de 13pF não mostrou superação. Fui orientado, por pessoas com anos de experiência nessas áreas, a colocar um resistor de 1 Kohm em cada um dos fios de 6 "(cerca de 15 deles) do Xilinx ao multiplexador. Resultado? Uma imagem fina, com muitos offset / apareceu um erro de ganho. Alguma correção de placa quente-fria foi adicionada e você podia ver o calor do seu dedo encharcando uma folha de papel. O que estava acontecendo? Os diodos de proteção, que devem absorver os choques ESD de qualquer polaridade, estavam ativando durante aqueles sub-nanossegundos abaixo / ultrapassados. Assim, milhões de vezes por segundo, a carga foi injetada no substrato e nos poços do CMOS, perturbando o comportamento digital e, talvez, os sinais analógicos se esses fossem direcionados para o grd / rail por um fluxo inesperado de cargas que precisava de um caminho de volta para casa. Eu ajudei na depuração de outros circuitos CMOS, onde apenas uma porta lógica foi alterada durante um teste de ESD, porque não haviacontato local de coleta de carga no poço / substrato.

Cuidado com os resistores nas linhas vdd. Se você não tomar cuidado com o dimensionamento correto da tampa, poderá acabar com ondulações no feed de alimentação do dispositivo que pode ter um efeito drástico na operação.

Às vezes, um resistor ou outra carga é adicionado em paralelo a uma entrada digital discreta para compensar a capacitância distribuída em um longo cabo de entrada. Considere o caso em que um comutador de campo no final de um longo percurso de cabo blindado possui um condutor quente e um retorno. a outra extremidade do par de cabos possui uma linha de 120 VCA e o lado de retorno vai para a entrada de um PLC, DCS ou outro dispositivo digital. Com base nestes valores: - Tensão de alimentação - Capacitância do cabo - Impedância do dispositivo de entrada digital - Tensão LIGADA do dispositivo de entrada digital Você pode calcular uma distância máxima segura para a execução do cabo, de modo que a entrada se desligue quando o interruptor for aberto.
A impedância do cabo e o dispositivo de entrada formam um divisor de tensão que pode fazer com que a tensão na entrada seja maior que o limite, mesmo com o interruptor aberto.