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Ingegneria dell’Informazione
Ce1: Esercizi su interconnessioni
ELETTRONICA APPLICATA
E MISURE
Dante DEL CORSO
• Ritardi e skew con modelli RC
Ce1.1, Ce1.2
• Modelli a linea di trasmissione
Ce1.3, Ce1.4
• Diagrammi temporali, IWS
Ce1.5, Ce1.6
• Esempi di esercizi di esame
Ce1.7, Ce1.8
Ce1 – Esercizi: interconnessioni
» Ritardi e skew con modello RC
» Linee di trasmissione, riflessioni
» Velocità di ciclo
• Altri esercizi (domande a risposte chiuse) in coda alle
singole lezioni di “Interconnections for high-speed
digital circuits” (scaricabile da <areeweb.polito….).
• Tolleranza clock seriale
• Condensatori di bypass
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Esercizio Ce1.1: Ritardi e skew
•
Esercizio Ce1.2: Ritardi (modello RC)
Un driver e un receiver CMOS collegati con un
conduttore equipotenziale hanno parametri:
•
– Driver: alimentazione 0 – 5V, Ro = 120 Ω
– Ricevitore: RI  ∞; VIH = 3V, VIL = 1V;
– Capacità equivalente (conduttore + Ci): C = 80 pF;
Gli stessi componenti sono collegati da un
conduttore modellabile con una cella RC con
– RS=40Ω , CP=10pF
a) Tracciare il circuito equivalente complessivo, e
indicare qualitativamente i nuovi tTX e tK
a) Tracciare i segnali di ingresso del driver, sul
conduttore, e all’uscita del receiver per una
transizione LH
b) Discutere cosa cambia se il ricevitore ha una
impedenza di ingresso:
– Qualitativi
– Su diagramma tarato
a) RI = 300Ω
b) RI = 30Ω
b) Calcolare il tempo di trasmissione tTX e lo skew tK
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Es Ce1.3: Ritardi, skew (mod. a linea)
•
Esercizio Ce1.4: Diagrammi temporali
• Tracciare (per 4 tP) usando la tecnica del diagramma
a traliccio, l’andamento di VB e VC per una
commutazione di VA da 0V a 5V. Parametri:
RG=35, RT=600, Z∞=100 , U=0.5 c, l = 20 cm
• Calcolare VC e VB per t∞
Una interconnessione (modello a linea) ha parametri:
– Z∞ = 70 Ω, U = 0,6 c, L = 12 cm
a) Tracciare l’andamento della tensione all’uscita del
driver e alla terminazione per:
– Driver: Ro = 70 Ω , Vdd = 4 V
– Terminazione (2 casi): a): RT = 70 Ω; b): RT = Circ. aperto
b) Calcolare il tempo di trasmissione tTX e lo skew tK per
– Ricevitore: Ri  ∞; Vih = 3V, Vil = 1V, collegato a inizio
linea
– Ricevitore: Ri  ∞; Vih = 3V, Vil = 1V, collegato a fine linea
– Indicare qualitativamente i ritardi nelle posizioni intermedie
c) Confrontare con i casi precedenti
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Eserc. Ce1.5: Incident Wave Switch.
Esercizio Ce1.6: linea caricata
• Calcolare la resistenza di uscita del driver (Ro)
richiesta per avere commutazione sull’onda incidente
(primo gradino, IWS) in una interconnessione con:
•
Interconnessione con
– Z∞ = 95  (senza carichi), U = 0,65 c. L = 30 cm, no term.
– A ogni pista sono collegati 15 dispositivi, che aumentano di
20 volte la capacità distribuita lungo la linea.
– Tensione di uscita a vuoto del driver (L, H): Va = 0V, 4 V,
– Soglia del ricevitore; VTH = 2.5 V,
– Impedenza caratteristica dell’interconnessione Z∞ = 70 .
a) Calcolare i nuovi valori di Z∞ ,U e tP,
b) Interfacce CMOS con Val = 5V e parametri:
• Indicare come evitare transizioni multiple causate
dalle riflessioni all’estremo remoto.
– VOH = 4 V, IOH= -16 mA, VOL = 0,8 V, IOL= 16 mA,
VIH = 2,7 V, VIL = 1,3 V.
c) Calcolare tTX e tK
d) Determinare la Ro richiesta per operare in condizioni
IWS con un margine di rumore di 0,5V.
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Eserc. Ce1.7: Esempio di scritto - 1
Eserc. Ce1.8: Esempio di scritto - 2
Un backplane ha Lu = 8 nH/cm, Z∞ = 85 Ω (senza carichi),
lunghezza 48 cm, senza terminazioni, con 24 connettori. Le
piastre inseribili nei connettori presentano un carico di 35pF
ciascuna. Il sistema può contenere da 2 a 24 piastre.
Driver/receiver CMOS: Val = 3,3V; Ro = 95Ω; Vih = 2V, Vil = 1V.
Un driver alimentato a 3,3 V e con Ro = 90 Ω pilota una
connessione con Z∞ = 60 Ω, velocità di propagazione U = 0,5 C,
lunghezza 12 cm, aperta all’estremo remoto.
I ricevitori sono CMOS con Vil = 0,8 V e Vih = 2 V.
Tutte le domande si riferiscono alla transizione L-H.
a) Determinare l’ampiezza del primo gradino e il tempo di propagazione
b) Determinare i tempi di trasmissione minimo e massimo (oppure tTX e tK),
per ricevitori
collocati lato driver e lato terminazione
c) Questa connessione viene usata su un bus parallelo con protocollo
asincrono. Quale è la durata minima di un ciclo completo di bus (ritardi
dei circuiti logici = 0) ?.
d) Descrivere o tracciare la forma d’onda alla terminazione nell’ipotesi che
il ricevitore (collocato alla terminazione) abbia una capacità equivalente
di ingresso di 10 pF.
a) Calcolare il tempo di propagazione tPD tra gli estremi con 2 e 24 schede.
b) Determinare il TTXmin tra due schede nelle posizioni estreme.
c) Calcolare TTXmax con 24 schede inserite, (piste pilotate a un estremo).
d) Indicare Roh (o la Ioh) per driver in grado di operare in IWS, per linee
pilotate a un estremo, con 24 schede inserite.
e) Ripetere il punto d) per linee pilotate da un punto intermedio
d) Ripetere d) inserendo un margine di rumore per lo stato L di 0,2 V.
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Sommario esercizi Ce1
• Calcolo di ritardi (tempo di trasmissione, skew) con
modello RC.
• Calcolo di ritardi (tempo di propagazione,
trasmissione, skew) con modello a linee.
• Comportamento in diverse condizioni di terminazione.
• Tempistica complessiva e analisi worst case per cicli
sincroni e asincroni, in funzione di:
– Parametri del sistema di trasmissione (RC o linee)
– Parametri dei componenti (driver, receiver)
– Condizioni di terminazione
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