Pilotaggio circuiti in un sistema a processore

[andrea2453]

Ciao,
sono nuovo e spero di aver azzeccato la sezione giusta.. Il fatto è che non so se la mia domanda riguardi più l'elettronica o l'informatica.Veniamo al dunque:
In un sistema hardware con processore, memorie e vari dispositivi elettronici connessi, i segnali vengono scambiati attraverso un pilotaggio in corrente o in tensione?
La mia idea è che, dato che il segnale viene trasmesso tramite tensioni alte (=> 1ni) o basse (=> 0ri) il pilotaggio sia in tensione, dato che il componente che pilota il pin impone una determinata tensione; in funzione dell'impedenza di uscita del dispositivo stesso e dell'impedenza di carico a valle ne consegue una certa corrente che scorre sul filo del segnale. E' giusta la mia considerazione? Oppure possiamo avere pilotaggio in corrente o in tensione a seconda dei casi?
E poi:
se il pilotaggio avviene in tensione, è giusto assumere che per aumentare la capacità di pilotaggio dei segnali da parte di un dispositivo sia preferibile avere una impedenza di ingresso alta e un impedenza di uscita bassa, in modo che il componente si comporti il più possibile come un generatore di tensione ideale, e che quindi il valore di tensione visto dai componenti a valle sia il più possibile indipendente dal carico? O vi sono situazioni in cui è preferibile avere impedenze di ingresso/uscita diverse?
Il tutto è sempre contestualizzato in un sistema a processore.
Spero che le mie domande non siano troppo stupide, grazie in anticipo per l'aiuto!!

[TardoFreak]

Dipende dai microprocessori e dalla tecnologia con cui sono realizzati. Se parliamo di tecnologia CMOS, che e' la piu' diffusa, il pilotaggio avviene in tensione. L' impedenza d' ingresso dei CMOS e' molto elevata e l' impedenza di uscita piuttosto bassa. Tutto questo non crea nessun problema fina a frequenza di una o due decine di MHz, dopo intervengono problemi di riflessione perche' la pista del circuito stampato si comporta come una linea di trasmissione e come tale deve essere progettata e trattata.

[andrea2453]

Quindi nel caso di tecnologia CMOS, dato che il pilotaggio è in corrente, nel caso avessi bisogno di maggiore capacità di pilotaggio andrei sempre e comunque a cercare alte impedenze di ingresso e basse impedenze di uscita?

[TardoFreak]

No, nei CMOS il pilotaggio e' in tensione, le uscite hanno bassa impedenza e gli ingressi altissima impedenza. Non ci sono problemi di carico come invece c' erano con i TTL perche' gli ingressi CMOS non consumano, o comunque il consumo e' trascurabile. L' unica cosa che limita e' la capacita' (il condensatore "parassita") che si vede negli ingressi. Caso diverso e' la tecnologia TTL (transistor transistor logic) dove i dispositivi d' ingresso assorbivano anche una discreta corrente. Infatti c'erano due valori di cui tener conto, denominati Fan In e Fan Out. Il fan in era riferito agli ingressi ed indicava il numero di carichi TTL standard che quell' ingresso presentava. Solitamente un ingresso singolo aveva un fan in di 1. Il fan out era riferito alle uscite ed indicava quanti carichi standard TTL l' uscita poteva pilotare senza incorrere nel decadimento del segnale. Di solito valeva 5 o 10. Da qui la necessita' di introdurre dei buffers per amplificare il segnale. Ma oramai e' una tecnologia obsoleta.
E comunque con i CMOS non ci sono piu' problemi di pilotaggio che c'erano nei TTL.

[Paolino]

Aggiungo solo una piccola nota alla spiegazione di TardoFreak.
La tecnologia CMOS dissipa potenza solo in commutazione(*), cioè quando c'è un cambio di stato. Ora, se si parla di linee bus il consumo di potenza avviene; diverso è quello che accade nel mantenimento di una informazione (bit) al proprio valore. TTL avrebbe consumato in entrambi i casi, mentre CMOS solo in commutazione.

Ciao.

Paolo.

(*) I miei prof. dicevano che è trascurabile quella che è dissipata negli stati stabili. Ora, sul termine "trascurabile" non vorrei aprire una questione. Il concetto spero sia abbastanza chiaro.

[TardoFreak]

Per carita', quello che dici e' giustissimo. In stati stabili ... eh eh eh ... non consumano. E' chiaro che aumentando la frequenza il consumo si fa sentire. E pure bene.

[andrea2453]

Scusatemi ma nella mia risposta intendevo dire pilotaggio in tensione, mi ero confuso scrivendo.
Quindi, visto che il problema nei circuiti CMOS è la capacità parassita, è lecito pensare che il problema della capacità di pilotaggio si sposti in un ambito "dinamico", in quanto è necessario garantire dei transitori abbastanza veloci? Si può dire che la resistenza di uscita e la capacità parassita a valle si comportino come una rete RC, e l'impedenza di uscita bassa garantisca una minore costante RC, e di conseguenza transitori più veloci?
Grazie ancora.

[IsidoroKZ]

Quindi, visto che il problema nei circuiti CMOS è la capacità parassita, è lecito pensare che il problema della capacità di pilotaggio si sposti in un ambito "dinamico", in quanto è necessario garantire dei transitori abbastanza veloci? Si può dire che la resistenza di uscita e la capacità parassita a valle si comportino come una rete RC, e l'impedenza di uscita bassa garantisca una minore costante RC, e di conseguenza transitori più veloci?

Si`, direi che si possa dire, perche' e` proprio giusto . Il numero massimo di porte cmos pilotabili da un driver in condizioni statiche (fan-out static) e` superiore a molte migliaia. Peccato pero' che se uno ci provasse, a colpi di picofarad per ogni porta, avrebbe un carico capacitivo enorme e la transizione fra i due livelli sarebbe molto piu` lenta di quanto richiesto per un buon funzionamento della tecnologia.

Un segnale elettrico che porta una informazione logica deve avere i livelli corretti (tensioni alta e bassa entro ben determinati intervalli) E deve transitare fra i due livelli (passare nella terra di nessuno che c'e` fra livello alto e livello basso) in tempo limitato.

Il massimo numero di porte logiche pilotabili e` determinato dal fan-out dinamico, che include effetti sia sul tempo di transizione, che sulla potenza dissipata dalla porta che pilota.

[TardoFreak]

Bene!
Isidoro ha, as usual, egregiamente integrato le risposte e ... non mi ha massacrato.

Faccio progressi

[andrea2453]

Ok tutto chiaro, grazie infinite per la pazienza.. un ultimissima cosa:
per quanto riguarda i TTL, anche se assorbivano una certa corrente, il pilotaggio era comunque in tensione? E l'amplificazione del segnale avveniva secondo il modello dell'amplificatore di tensione, con alta impedenza di ingresso e bassa impedenza di uscita?