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Ha senso il concetto di impedenza di uscita di IC digitale?

Elettronica lineare e digitale: didattica ed applicazioni

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[1] Ha senso il concetto di impedenza di uscita di IC digitale?

Messaggioda Foto Utentelemure64 » 26 giu 2020, 23:57

Ciao Forum,

Sono alle prese con l'integrato FCT3807, un distributore di clock. Lo schema in cui prevedo di usarlo impiega un passa-basso a ciascuna uscita, il quale filtro richiede induttanze poco diverse da quelle che ho nel cassetto pronte e che pensavo di impiegare. Dato che la differenza non è tanto piccola (da schema 1.2 uH, disponibili 1.0 uH) ho pensato di simulare l'effetto del filtro con uno dei tanti software utilizzabili (si tratta di Filter Design free) per controllare quali variazioni aspettarmi nella risposta in frequenza.

Ebbene, se come resistenza del generatore uso la stessa del carico (50 Ohm) i numeri grossomodo tornano, il filtro ha un picco ragionevole dopo la frequenza di lavoro di 10 MHz poi la risposta scende; non solo, ma non è molto sensibile alla variazione delle due induttanze il che è ottimo per il mio scopo. Ma a questo punto il dubbio amletico: il datasheet specifica solo la corrente di uscita e anzi, il concetto di impedenza (ev. resistenza) di uscita di un IC digitale mi pare perdere del tutto senso almeno con questo tipo di IC. E' ovvio che dai dati disponibili si possa sapere tutto il necessario ma io non so come si fa e come detto in presentazione sono proprio tanto agli inizi, non so quasi nulla di elettronica. Allora ho fatto un controllo con una resistenza di generatore (che suppongo possa modellare l'uscita dell'IC) molto piccola e il comportamento è cambiato drasticamente: da linea base a -36 dB si osservano solo due picchi molto stretti col massimo comunque appena sopra la linea di base con i 10 MHz approssimativamente al centro ed è chiaro che sto sbagliando ipotesi dato che la frequenza cade vicino alla massima attenuazione. Il circuito su breadboard compreso di filtro mostra che il livello di uscita cambia poco tra la condizione di filtro presente o assente, quindi non sto capendo qualcosa.

Qualcuno può spiegarmi come posso fare un modello corretto? Grazie mille per qualsiasi idea o aiuto. Se ho sbagliato sezione o violato qualche regola me ne scuso, sono agli inizi anche con il forum :)
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[2] Re: Ha senso il concetto di impedenza di uscita di IC digita

Messaggioda Foto UtenteMarcoD » 27 giu 2020, 9:48

Ho letto il messaggio, non ho compreso bene la domanda.
Non sono neppure particolarmente qualificato a risponderti.

Dovresti riportare lo schema di principio dell' utilizzo del sistema che progetti.
Hai cavi di connessione?
Interessa la frequenza o anche fase o ritardo dei segnali?

Per quali ragioni adoperi un filtro passa basso in uscita?
Ovvio che puoi avere dei motivi.

Mettendo un filtro sprechi alcune delle caratteristiche del'IC:

Guaranteed low skew < 350ps (max.)
Very low duty cycle distortion < 350ps (max.)
High speed: propagation delay < 3ns (max.)
Very low CMOS power levels
TTL compatible inputs and outputs
1:10 fanout

Maximum output rise and fall time < 1.5ns (max.)
Low input capacitance: 4.5pF typical
VCC = 3.3V ± 0.3V
Inputs can be driven from 3.3V or 5V components


Le caratteristiche dei filtri sono infleuenzate dall'impedenza di ingresso e di uscita, che per
comodità si suppongono costanti resistive e poste (di solito) a 50 ohm (oppure 75 , o 600 ).

Se vuoi rispettarle, metti un 50 ohm in serie all'uscita del driver, e un 50 ohm in parallelo all'ingrssso del circuito ricevitore., purtroppo perdendo la metà del segnale.
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[3] Re: Ha senso il concetto di impedenza di uscita di IC digita

Messaggioda Foto UtenteIsidoroKZ » 27 giu 2020, 11:34

Mi associo al messaggio di Foto UtenteMarcoD, e aggiungo una curiosita`: perche' si usa un distributore di clock con basso skew e basso tempo di salita e discesa, e si mette dietro un filtro passa basso che peggiora tutti questi parametri?

Per quanto riguarda il tuo messaggio, hai abbastanza ragione, l'impedenza di uscita di un driver, o di un circuito logico non e` definita "in grande" perche' il circuito non e` lineare. Pero` se consideri l'uscita a livello alto oppure basso, e la corrente di uscita non e` troppo alta, allora puoi considerare che il MOS di uscita sia in zona resistitiva e modellarlo con una resistenza.

Il problema e` che questa resistenza e` diversa ad esempio a livello alto e livello basso, quella a livello basso e`molto spesso piu` piccola di quella a livello alto, e il valore dipende da tanti fattori, ad esempio temperatura, tensione di alimentazione, come e` "venuto" il circuito e tanti altri sconosciuti.

Una STIMA a spanne puoi ricavarla guardando VOL e VOH, con le corrispondenti correnti indicate dal data sheet. Per il tuo driver VOL=0.2V tipica e 0.4V massima con una corrente di uscita di 16mA quindi a livello basso, in condizioni statiche la resistenza di uscita e` dalle parti di un paio di decine di ohm, mentre a livello alto e` circa tre volte maggiore.
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[4] Re: Ha senso il concetto di impedenza di uscita di IC digita

Messaggioda Foto Utentelemure64 » 27 giu 2020, 12:12

Grazie infinite a entrambi e spiego il "background" del tutto. Si tratta di distribuire il segnale a 10 MHz ai vari strumenti di misura, so che l'integrato è molto ma molto sovrabbondante ma lo schema me lo sono trovato, anzi è tanto che io sia riuscito a trovare uno schema costruibile quasi su millefori (ne esiste un altro in giro ma è un po' più elaborato ed è ottimizzato per bassissimo rumore di fase, che a me non serve). Questo schema prevede il filtro e posso immaginare che serva a ridurre il più possibile le armoniche, cosa che credo utile perché meno RF in giro c'è meglio è, oltretutto mi venne spiegato che quasi tutti gli strumenti possono accettare un segnale sinusoidale e ci pensano loro a "squadrarlo".

Dato che non sono in grado di progettare un circuito del genere dipendo un po' da quello che trovo, e ho trovato quello con l'IC menzionato.

Ora posso avere una stima a spanne della resistenza del generatore, e posso provare a valutare meglio il filtro. Suppongo che io possa fare una simulazione con il minimo, la media e il massimo delle resistenze calcolate come ora so che si calcolano.

Grazie ancora :)
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[5] Re: Ha senso il concetto di impedenza di uscita di IC digita

Messaggioda Foto UtenteIsidoroKZ » 27 giu 2020, 12:26

Puoi fare una simulazione con un circuito anche piu` complicato, ad esempio mettendo due MOS, oppure cercando il modello parametrabile di porta logica incluso nel simulatore.

Mi ero dimenticato di dire che la resistenza a livello basso e a livello alto molto spesso la si puo` misurare con un multimetro, facendo andare l'uscita a livello basso e misurando la resistenza fra uscita e alimentazione negativa, scambiando anche i puntali per essere sicuri che non ci siano troppe tensioni in giro, e poi mettendo a livello alto l'uscita e misurando fra uscita e alimentazione positiva. Si ottengono valori di solito minori di quelli calcolati dal data sheeti.

Altra cosa: se metti dei filtri LC sulle varie uscite non hai piu` relazioni di fase "sicure" ai vari strumenti.
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[6] Re: Ha senso il concetto di impedenza di uscita di IC digita

Messaggioda Foto Utentelemure64 » 27 giu 2020, 14:47

IsidoroKZ ha scritto:Altra cosa: se metti dei filtri LC sulle varie uscite non hai piu` relazioni di fase "sicure" ai vari strumenti.


Sarebbe meraviglioso se avessi quel problema, vorrebbe dire star facendo cose fantastiche. Per quello che posso fare io, già passare dal fatto che ogni strumento mi va per conto suo a un riferimento decente e uguale per tutti è un passo avanti enorme. BTW non ho mai capito come passare dalla varianza di Allan a un bruto ppm ma su questo aprirò apposito topic se non trovo niente in archivio.

Per il resto sarebbe anche bello fare la simulazione, sono ancora alle prese con lo studio del BJT e spero di arrivare ai FET/MOSFET/etc, dopodiché c'è tutto il lavoro di sviluppare la sensibilità progettuale con i simulatori. Conosco bene il problema che hai in sign, è proprio vero che per usare un simulatore occorre essere così bravi che quasi non servirebbe usarli :D Spero che arriverò almeno a 1/5 del percorso.
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[7] Re: Ha senso il concetto di impedenza di uscita di IC digita

Messaggioda Foto UtenteMarcoD » 27 giu 2020, 16:17

Qualche domanda a raffica, un poco fuori tema:

Quante sono la uscite del distrubutore di clock?

L'integrato sopporta cortocircuiti sull'uscita?

Di che tipo sono gli ingressi alimentati dal clock ( 1Mohm, a 50 ohm, TTL, CMOS) ?
Ampiezza necessaria per il segnale ?

Quanto sono lunghi i cavi del segnale? Ricorda che 10 MHz >> llunghezza d'onda nel vuoto 30 m.
Nel coax 30 x 0,66 = 21 m, dopo circa 5 m ( 1/4lambda) un carico aperto viene visto come un c.c.)

Conosci lo splitter (divisore) Wilkinson ?

La Minicircuits dovrebbe commercializzare componenti simili, e molto altro, cerca nel web le caratteristiche.

In un divisore attivo, ti devi poi preoccupare della alimentazione.

E realizzare un distributore a 4 canali indecente, con ogni uscita alimentata da un resistore da 47 ohm in serie?

Analizza pro e contro di ogni soluzione.
O_/

post scriptum:

CaroFoto Utentelemure64, ora sono indiscreto e curioso. Provo a indovinare:
Non sei un professionista perché in una azienda gli accessori preferibilmente si aquistano, non si progettano.
Potresti essere un hobbista , l'anno di nascita è il 1964 ?

Oppure un tesista, poco seguito dal docente, che ha ricevuto come obiettivo di sviluppare e realizzare il dispositivo, ma forse è improbabilme perché la maggior parte delle tesi non richiedono di costruire qualcosa, poi se ti scottassi con il saldatore,o ti feriresti con un trapano potrebbe essere considerato un infortunio, con problemi a non finire :-)
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[8] Re: Ha senso il concetto di impedenza di uscita di IC digita

Messaggioda Foto Utentelemure64 » 27 giu 2020, 18:05

MarcoD ha scritto:1) Quante sono la uscite del distrubutore di clock?
2) L'integrato sopporta cortocircuiti sull'uscita?
3) Di che tipo sono gli ingressi alimentati dal clock ( 1Mohm, a 50 ohm, TTL, CMOS) ? / Ampiezza necessaria per il segnale ?
4) Quanto sono lunghi i cavi del segnale? Ricorda che 10 MHz >> llunghezza d'onda nel vuoto 30 m.
Nel coax 30 x 0,66 = 21 m, dopo circa 5 m ( 1/4lambda) un carico aperto viene visto come un c.c.)
5) Conosci lo splitter (divisore) Wilkinson ?
6) La Minicircuits dovrebbe commercializzare componenti simili, e molto altro, cerca nel web le caratteristiche.
7) In un divisore attivo, ti devi poi preoccupare della alimentazione.
8) E realizzare un distributore a 4 canali indecente, con ogni uscita alimentata da un resistore da 47 ohm in serie?


1) Sono 10.

2) Dichiarano valori minimi, tipici e max per la corrente di corto, suppongo quindi di sì, ma per essere sicuro inserirò una resistenza anche se perderò un po' di segnale. Però usando solo BNC dubito che si riescano a creare corti.

3) Sono strumenti tutti diversi di concezione e periodi diversi, e di un paio mi pare di ricordare che il manuale non dice niente però quasi sempre scopro che non avevo saputo cercare le cose, quindi potrebbe essere il caso anche stavolta. Per non saper né leggere né scrivere ho provato a montare un prototipo su breadboard con il filtro previsto dallo schema e tutti ricevono il clock, e lo usano.

4) Possono essere lunghi 2 o 3 m. Posso dirlo con un minimo di sicurezza perché il mio spacciatore :D di surplus ha quelle lunghezze con i BNC intestati, e quelli di lunghezza inferiore sarebbero troppo corti. Ho provato con entrambe le lunghezze quasi tutti gli strumenti e funzionano, usano il segnale di clock.

5) Di nome sì, l'ho trovato su qualche libro. Però sempre per applicazioni microonde e non mi sembra il mio caso. Inoltre ho scartato tutte le soluzioni passive perché il generatore di clock ha una corrente di uscita bassa e quindi per forza va amplificato, inoltre penso sia saggio isolare i canali, e un divisore passivo a 7-8 uscite più trasformatori e filtri lo vedo più una voragine (nel senso del "pozzo" nelle eq. in cui compare la divergenza) che un circuito.

6) A suo tempo avevo cercato progetti già pronti, ma quella è roba per applicazioni professionali e sui prezzi "bastonano" come pochi.

7) Sì, pochi minuti fa ho finito di mettere in piedi la basetta con trasformatore, ponte e condensatori. Ho previsto una seconda sezione di filtraggio su un'altra basetta dove ci sarà anche il regolatore. Il mio più grande problema sono le lavorazioni meccaniche ovvero contenitori, forature, serigrafice etc., su uno schema così stupido l'elettronica non è il problema dominante.

8) Sicuramente sarà possibile, ma mi sa che non solo sono andato un po' troppo avanti per cambiare idea (oltre a quanto detto ci sono anche trasformatori di isolamento già saldati sulle loro basette).

CaroFoto Utentelemure64, ora sono indiscreto e curioso. Provo a indovinare:
Non sei un professionista perché in una azienda gli accessori preferibilmente si aquistano, non si progettano.
Potresti essere un hobbista , l'anno di nascita è il 1964 ?

Oppure un tesista, poco seguito dal docente, che ha ricevuto come obiettivo di sviluppare e realizzare il dispositivo, ma forse è improbabilme perché la maggior parte delle tesi non richiedono di costruire qualcosa, poi se ti scottassi con il saldatore,o ti feriresti con un trapano potrebbe essere considerato un infortunio, con problemi a non finire :-)


Sì, hobby, anno di nascita non proprio quello ma non lontano (mi piacciono i numeri tondi e in particolare le potenze di due). Per come sono fatto di carattere troverei sleale essere un tesista o in generale qualsiasi figura possa guadagnare professionalmente da una presenza in una comunità, e non dirlo. L'elettronica sarebbe stato un po' quello che avrei voluto fare da ragazzino poi la vita spesso sceglie per noi. E' alquanto tardi per imparare fin troppe cose su alcune delle quali mi scorno da mesi ma anche il talento (o nel mio caso, la sua assenza) non è tra le le caratteristiche che possiamo scegliere :D
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[9] Re: Ha senso il concetto di impedenza di uscita di IC digita

Messaggioda Foto Utentelelerelele » 28 giu 2020, 16:34

ti capisco Foto Utentelemure64, sono nella tua stessa situazione, una vita che studio e mi diletto di elettronica, poi per lavoro sono stato costretto ad occuparmi di altro.

Spero che come me ti sia affezionato anche al nuovo lavoro, è una pacchia quando si riesce a conciliare lavoro e passioni!

Mio consiglio, coltiva la passione in elettronica, (anche in ambito casalingo), le soddisfazioni saranno abbondanti.

saluti.
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