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ElapCe1 22/10/2015 ElapCe1 22/10/2015 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 AA 2015-16 22/10/2015 - 1 © 2015 DDC ElapCe1 - 2015 DDC 1 22/10/2015 - 2 © 2015 DDC ElapCe1 - 2015 DDC 2 ElapCe1 22/10/2015 ElapCe1 22/10/2015 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 LH 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 22/10/2015 - 3 © 2015 DDC ElapCe1 - 2015 DDC 3 22/10/2015 - 4 © 2015 DDC ElapCe1 - 2015 DDC 4 ElapCe1 22/10/2015 ElapCe1 22/10/2015 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 22/10/2015 - 5 © 2015 DDC ElapCe1 - 2015 DDC 5 22/10/2015 - 6 © 2015 DDC ElapCe1 - 2015 DDC 6 ElapCe1 22/10/2015 ElapCe1 22/10/2015 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. 22/10/2015 - 7 © 2015 DDC ElapCe1 - 2015 DDC 7 22/10/2015 - 8 © 2015 DDC ElapCe1 - 2015 DDC 8 ElapCe1 22/10/2015 ElapCe1 22/10/2015 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. Soluzione completa sul sito web 22/10/2015 - 9 © 2015 DDC Soluzione completa sul sito web ElapCe1 - 2015 DDC 9 22/10/2015 - 10 © 2015 DDC ElapCe1 - 2015 DDC 10 ElapCe1 22/10/2015 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 22/10/2015 - 11 © 2015 DDC ElapCe1 - 2015 DDC 11