Abschlusswiderstand Flachbandkabel

Von: , Frage gestellt am Mi, 11. Jul 2007

Hallo,

wie berechnet man den Abschlusswiderstand für ein Flachbandkabel, welches 18cm lang ist? Jedes zweite Pin ist mit GND belegt, um das Übersprechen zu minimieren bzw. den Schaden der dadurch entsteht zu minimieren.

Wird dieser Abschlusswiderstand zwischen alle benachbarten Pins - also z.B. Pin1 und Pin2 - installiert (also Pin1---R---Pin2)? Oder wie wird der Abschlusswiderstand angebracht... (und wahrscheinlich auch auf beiden Seiten vom Flachbandkabel.

Über die einzelnen Leitungen wird ein Address- u. Datenbus übertragen sowie ChipSelect-Leitungen und VCC. Die Frequenz mit der der µC getaktet ist, beträgt 20MHz.

Gruß
patrick

18 Antworten zu dieser Frage

  1. Antwort von nach 47 Minuten 0 hilfreich
    Re: Abschlusswiderstand Flachbandkabel

    Hallo,

    SCSI-Kabel haben 110 Ohm, das dürfte also auf ein Flachbandkabel im Raster 1.27 mm annähernd auch zutreffen, da solche als SCSI-Kabel verwendet werden. Grundsätzlich geht der Abschlusswiderstand von jedem Signal nach GND. Da das einen hohen Stromverbrauch bedeutet, wird meistens mit aktiver Terminierung gearbeitet.

    Wenn es sich um eine Signalübertragung von A nach B handelt, gilt: der Sender muss einen Innenwiderstand von 110 Ohm haben (Innenwiderstand des ICs + Serienwiderstand), beim Empfänger wird mit 110 Ohm nach GND terminiert. Dabei zählen Leiterbahnen und Flachkabel als Leitung, natürlich müssen dann die Leiterbahnen ebenfalls mit 110 Ohm Impedanz ausgeführt werden. Und die Stecker müssen HS-geeignet sein.

    Gruss Reinhard [Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]

  2. Antwort von nach 59 Minuten 0 hilfreich
    Re: Abschlusswiderstand Flachbandkabel

    Hallo patrick,
    wie berechnet man den Abschlusswiderstand für ein
    Flachbandkabel, welches 18cm lang ist? Jedes zweite Pin ist
    mit GND belegt, um das Übersprechen zu minimieren bzw. den
    Schaden der dadurch entsteht zu minimieren.
    Die Länge spielt dabei keine Rolle.
    Berechnen muss man dabei eigentlich auch nichts, da man mit der Kabelimpedanz abschliessen muss. Sobald die Übertragungsstrecke und der Abschluss unterschiedliche Werte haben, hat man Fehlanpassungen und dadurch Reflexionen auf der Leitung. Dabei muss man auch evtl. vorhandene Steckverbindungen berücksichtigen. Wird dieser Abschlusswiderstand zwischen alle benachbarten
    Pins - also z.B. Pin1 und Pin2 - installiert (also
    Pin1---R---Pin2)? Oder wie wird der Abschlusswiderstand
    angebracht... (und wahrscheinlich auch auf beiden Seiten vom
    Flachbandkabel.
    Es gibt mehrere Möglichkeiten:
    1. Widerstand gegen Masse schalten. Hat den Nachteil, dass die Treiber einseitig belastet werden, bei einer '1' verlierst du Spannung.
    2. Der Abschlusswiderstand wird über einen Kondensator mit Masse verbunden. Nachteil: Platzbedarf für die Kondensatoren.
    3. Bei niederohmigen Treibern, kann man den Widerstand in Serie schalten. Der Treiber wird dann zwar symetrisch belastet, aber der Störspannungsabstand verschlechtert sich.
    4. Man schliesst mit einem Spannungsteiler ab, wobei die Parallelschaltung der beiden Widerstände der Impedanz entspricht. Den Spannungsteiler legt man so aus, dass die Spannung in der Mitte zwischen maximalem Pegel für '0' und minimalem für eine '1' liegt. Nachteil ist der hohe Stromverbrauch der einzelnen Spannungsteiler. Die Impedanz deiner Leitung wir im Bereich von 100 bis 200 Ohm liegen.
    5. Kombination aus 1. und 3. Der Widerstand wird nicht an Masse gelegt sondern mit einer niederohmigen Spannungsquelle verbunden. Die Spannung entspricht der des Spannungsteilers in 3. Wird meist als "aktive Terminierung" bezeichnet. Der Vorteil liegt im geringeren Stromverbrauch.

    Abschliessen muss man natürlich auf beiden Seiten der Übertragungsstrecke. Über die einzelnen Leitungen wird ein Address- u. Datenbus
    übertragen sowie ChipSelect-Leitungen und VCC. Die Frequenz
    mit der der µC getaktet ist, beträgt 20MHz.
    Möglicherweise wirst du Bustreiber einsetzen müssen, da die CPU die Leitungen nicht direkt treiben kann (maximal zulässige Kapazitätswerte beachten).
    Die Leitungskapazitäten verlangsamen deine Signale, also musst du genau aufpassen, dass alles auch bei worst case noch passt.

    MfG Peter(TOO)

    • Antwort von nach 3 Stunden 0 hilfreich
      Re^2: Abschlusswiderstand Flachbandkabel

      Es gibt mehrere Möglichkeiten:
      1. Widerstand gegen Masse schalten. Hat den Nachteil, dass die
      Treiber einseitig belastet werden, bei einer '1' verlierst du
      Spannung.
      2. Der Abschlusswiderstand wird über einen Kondensator mit
      Masse verbunden. Nachteil: Platzbedarf für die Kondensatoren.
      -> d.h. dass das die geeigneste Methode ist; Widerstand und Kondensator (wie groß wählt man den?) in Reihe schalten und mit GND abschließen.. beim Widerstand gibt es ja kleine ICs die mehrere Widerstände beinhalten - gibt es sowas bei Kondensatoren auch?

      Hat diese Schaltung irgendwelche Nachteile (außer Platzbedarf)? 3. Bei niederohmigen Treibern, kann man den Widerstand in
      Serie schalten. Der Treiber wird dann zwar symetrisch
      belastet, aber der Störspannungsabstand verschlechtert sich.
      Abschliessen muss man natürlich auf beiden Seiten der
      Übertragungsstrecke.
      ok - d.h. 110 Ohm wie Reinhard geschrieben hat. Über die einzelnen Leitungen wird ein Address- u. Datenbus
      übertragen sowie ChipSelect-Leitungen und VCC. Die Frequenz
      mit der der µC getaktet ist, beträgt 20MHz.
      Möglicherweise wirst du Bustreiber einsetzen müssen, da die
      CPU die Leitungen nicht direkt treiben kann (maximal zulässige
      Kapazitätswerte beachten).
      Gibt es eine grobe Überschlagsrechnung, die den Spannungsabfall pro cm aufzeigt... dass man berechnen kann, wieviel Spannung von den 3.3V VCC nach 25cm Leiterbahn+Flachbandkabel noch ankommt? Auch wie hoch die Kapazität ist pro cm. Die Leitungskapazitäten verlangsamen deine Signale, also musst
      du genau aufpassen, dass alles auch bei worst case noch passt.
      könntest du mir hierzu noch ein paar tipps geben, was man alles beachten muss bzw. wie man sowas angeht. Bei meiner Schaltung kommen alle Signale vom gleichen µC und laufen über einen kurzen Weg zum Flachbandkabel. Auf der zweiten Platine gelangen die Leitungen sofort in ein Latch --> dadurch müsste ich danach keine Probleme mehr haben, wenn ich bis zum Latch komme, oder? Nach dem µC könnte ich noch einen Bustreiber installieren (wie du oben genannt hast).. MfG Peter(TOO)
      vielen dank für die vielen Tipps

      patrick

      • Antwort von nach 7 Stunden 0 hilfreich
        Re^3: Abschlusswiderstand Flachbandkabel

        Hallo patrick, -> d.h. dass das die geeigneste Methode ist; Widerstand und
        Kondensator (wie groß wählt man den?)
        Bei Wechselstrom ist ein Kondensator auch nur ein Widerstand. Reflexionen und Klingeln tritt erst bei höheren Frequenzen auf. in Reihe schalten und
        mit GND abschließen.. beim Widerstand gibt es ja kleine ICs
        die mehrere Widerstände beinhalten - gibt es sowas bei
        Kondensatoren auch?
        Ja, gibt es auch.
        Es gibt auch RC-Glieder in dieser Bauform. Hat diese Schaltung irgendwelche Nachteile (außer
        Platzbedarf)?
        Jede Schaltung hat Vor- und Nachteile, kommt halt immer auch noch auf die weiteren Bedingungen an..... Abschliessen muss man natürlich auf beiden Seiten der
        Übertragungsstrecke.
        ok - d.h. 110 Ohm wie Reinhard geschrieben hat.
        Kommt auf das verwendete Kabel an. Gibt es eine grobe Überschlagsrechnung, die den
        Spannungsabfall pro cm aufzeigt... dass man berechnen kann,
        wieviel Spannung von den 3.3V VCC nach 25cm
        Leiterbahn+Flachbandkabel noch ankommt?
        Der Spannungsabfall ist nicht das Problem, den kannst du eher vernachlässigen. Deine Probleme bestehen aus der Kabelkapazität und den Verzerrungen welche die Signale erfahren.
        Die Flankensteilheit des Signals nimmt mit der Lastkapazität ab. Im Extremfall können z.B. die Adress-Signale so verzögert werden (hier hängen ja jede Menge Anschlüsse dran und jeder Anschluss-Pin hat eine Kapazität), dass das Chipselect-Signal schneller ist (da ist ja oft nur ein einzelner Pin angeschlossen). Auch wie hoch die Kapazität ist pro cm.
        Dafür gibt es Datenblätter der Hersteller.

        "Normale" Flachbandkabel haben einen Leiterabstand von 1.27mm. Das 80polige Flachbandkabel, welches ab ATA 100 verwendet wird, hat den halben Leiterabstand. Dann gibt es noch Flachbandkabel welche als twistet pair aufgebaut sind. Hier an meinem DSO sind spezielle geflochtene Flachbandkabel dran. Die Leitungskapazitäten verlangsamen deine Signale, also musst
        du genau aufpassen, dass alles auch bei worst case noch passt.
        könntest du mir hierzu noch ein paar tipps geben, was man
        alles beachten muss bzw. wie man sowas angeht.
        Für ein normales Gatter findest du 3 unterschiedliche Laufzeiten, eine minimale, eine Typische und eine maximale, normal hängt die maximale noch von der kapazitiven Belastung ab. Unter identischen Bedingungen liegen die Laufzeiten der Gatter, welche im selben Gehäuse sind, recht nahe beieinander, aber zwischen zwei ICs können sie entsprechend unterschiedlich sein.
        Deine Schaltung muss also auch bei sämtlichen Kombinationen aus langsamen und schnellen Gattern noch richtig funktionieren.
        Praktisch rechnet man nicht alle Kombinationen durch, sondern nur die kritischen Pfade, welche dies sind musst du als Entwickler aber selber wissen.

        Bei deinem µC sind übrigens nicht alle Pins gleich ausgelegt, aber das steht im Datenblatt. Bei meiner
        Schaltung kommen alle Signale vom gleichen µC und laufen über
        einen kurzen Weg zum Flachbandkabel. Auf der zweiten Platine
        gelangen die Leitungen sofort in ein Latch --> dadurch
        müsste ich danach keine Probleme mehr haben, wenn ich bis zum
        Latch komme, oder? Nach dem µC könnte ich noch einen
        Bustreiber installieren (wie du oben genannt hast)..
        Tja, das musst du selber rausfinden. Ich kenne deine Schaltung, die verwendeten Bauteile und deinen Aufbau nicht. Es gilt also die Datenblätter durchzuarbeiten.


        MfG Peter(TOO)

        • Antwort von nach 13 Stunden 0 hilfreich
          Re^4: Abschlusswiderstand Flachbandkabel

          Hallo Peter, -> d.h. dass das die geeigneste Methode ist; Widerstand und
          Kondensator (wie groß wählt man den?)
          Bei Wechselstrom ist ein Kondensator auch nur ein Widerstand.
          Reflexionen und Klingeln tritt erst bei höheren Frequenzen
          auf.
          Der µC ist mit 20MHz getaktet.


          Hat diese Schaltung irgendwelche Nachteile (außer
          Platzbedarf)?
          Jede Schaltung hat Vor- und Nachteile, kommt halt immer auch
          noch auf die weiteren Bedingungen an..... Abschliessen muss man natürlich auf beiden Seiten der
          Übertragungsstrecke.
          ok - d.h. 110 Ohm wie Reinhard geschrieben hat.
          Kommt auf das verwendete Kabel an.
          Flachbandkabel mit Raster von 1.27mm Abstand... Gibt es eine grobe Überschlagsrechnung, die den
          Spannungsabfall pro cm aufzeigt... dass man berechnen kann,
          wieviel Spannung von den 3.3V VCC nach 25cm
          Leiterbahn+Flachbandkabel noch ankommt?
          Der Spannungsabfall ist nicht das Problem, den kannst du eher
          vernachlässigen. Deine Probleme bestehen aus der
          Kabelkapazität und den Verzerrungen welche die Signale
          erfahren.
          Die Flankensteilheit des Signals nimmt mit der Lastkapazität
          ab. Im Extremfall können z.B. die Adress-Signale so verzögert
          werden (hier hängen ja jede Menge Anschlüsse dran und jeder
          Anschluss-Pin hat eine Kapazität), dass das Chipselect-Signal
          schneller ist (da ist ja oft nur ein einzelner Pin
          angeschlossen).
          ok. an das hab ich gar nicht gedacht... stimmt. Auch wie hoch die Kapazität ist pro cm.
          Dafür gibt es Datenblätter der Hersteller.
          d.h. die Werte vom Flachbandkabel verwenden... welche Kapazitäten nimmt man bei 0.245mm breiten Leiterbahnen an? Wie steigt oder fällt die Kapazität, wenn die Leiterbahn dicker oder dünner gewählt wird?
          "Normale" Flachbandkabel haben einen Leiterabstand von 1.27mm.
          Das 80polige Flachbandkabel, welches ab ATA 100 verwendet
          wird, hat den halben Leiterabstand. Dann gibt es noch
          Flachbandkabel welche als twistet pair aufgebaut sind. Hier an
          meinem DSO sind spezielle geflochtene Flachbandkabel dran.
          ok, ich würde Flachbandkabel wie gesagt mit 1.27mm Raster nehmen. Aber nicht geflochten sondern gerade nebeneinander - oder sind die geflochteten besser? Insgesamt hängen an diesem Kabel 4 Slaves dran. Verändert das die Überlegungen hinsichtlich Kapazität etc. noch einmal? außer dass natürlich die Länge variabel ist.

          Wie realisiert man dass, das die ChipSelect-Signale oder auch Addresssignale bei allen Slaves nahezu gleich (also synchron) ankommen? Gibt es da noch eine andere Möglichkeit, außer die Leiterbahnen vom ersten Slave so lang zu gestalten, dass sie den Leiterbahnen vom letzten Slave entsprechen? Wie berechnet man diese notwendige Länge formeltechnisch (ist ja bestimmt von der Frequenz und Weglänge)? Die Leitungskapazitäten verlangsamen deine Signale, also musst
          du genau aufpassen, dass alles auch bei worst case noch passt.
          könntest du mir hierzu noch ein paar tipps geben, was man
          alles beachten muss bzw. wie man sowas angeht.
          Für ein normales Gatter findest du 3 unterschiedliche
          Laufzeiten, eine minimale, eine Typische und eine maximale,
          normal hängt die maximale noch von der kapazitiven Belastung
          ab. Unter identischen Bedingungen liegen die Laufzeiten der
          Gatter, welche im selben Gehäuse sind, recht nahe beieinander,
          aber zwischen zwei ICs können sie entsprechend unterschiedlich
          sein.
          Deine Schaltung muss also auch bei sämtlichen Kombinationen
          aus langsamen und schnellen Gattern noch richtig
          funktionieren.
          Praktisch rechnet man nicht alle Kombinationen durch, sondern
          nur die kritischen Pfade, welche dies sind musst du als
          Entwickler aber selber wissen.
          ok... die kritischen Pfade kenne ich... nur ist es sehr schön, wenn man solche Tipps bekommt.. auf was man schauen muss - machen muss und will ich es ja selber...


          Bei deinem µC sind übrigens nicht alle Pins gleich ausgelegt,
          aber das steht im Datenblatt.
          Was genau meinst du mit "gleich" ausgelegt? Also ich weiß, dass ich mal bei einem µC gelesen habe, dass die Zeiten dort variieren, aber bei vielen anderen ist mir das nicht aufgefallen bzw. stand dann anscheinend nicht so expliziet drinnen im Datenblatt.



          MfG Peter(TOO)
          vielen Dank für die vielen Tipps!

          Gruß
          patrick

          • Antwort von nach 15 Stunden 0 hilfreich
            Re^5: Abschlusswiderstand Flachbandkabel

            Wie realisiert man dass, das die ChipSelect-Signale oder auch
            Addresssignale bei allen Slaves nahezu gleich (also synchron)
            ankommen? Gibt es da noch eine andere Möglichkeit, außer die
            Leiterbahnen vom ersten Slave so lang zu gestalten, dass sie
            den Leiterbahnen vom letzten Slave entsprechen? Wie berechnet
            man diese notwendige Länge formeltechnisch (ist ja bestimmt
            von der Frequenz und Weglänge)?
            Hallo Patrick,

            besorg dir UCCALC von http://www.ultracad.com/calc.htm.

            Damit kannst du propagation delay, intrinsic impedance, intrinsic capacitance, impedance berechnen für Microstrip oder Stripline Leiterbahnen. Danach kannst du dann deine Leiterbahnen entsprechend verlängern für gleiche Laufzeiten. Es wäre dabei schon zweckmässig, wenn du 1 ns zuverlässig messen könntest. Berechnung ist nicht alles.

            Gruss Reinhard

  3. Antwort von nach 4 Stunden 0 hilfreich
    Re: Abschlusswiderstand Flachbandkabel

    Hallo,

    hast du reale Probleme mit der Beschaltung ?
    Hast du mit einem Oszi die Signale besichtigt ?

    Bei 18cm Kabellänge mit so einem noch rel. langsamen uC sollte
    es eigentlich noch ohne Terminierung gehen.
    Erst wenn die Leitungslänge größer als Lambda/10 wird, ist mit
    Reflektionen zu rechnen.
    Wie Lambda (Oberwellen) anzusetzen ist, hängt natürlich stark
    von den Treiberausgängen ab. Je nachdem ob die evtl. zu schwach
    für die Lastkap. sind oder zu giftig (steile flanken) - erzeugen
    dann tatsächlich schon Reflektionen.

    Anders sieht es allerdings aus, wenn du Open-Kollektor
    bzw. Open-Drain-Ausgänge hast. Dann ist die parasitäre Kapazität
    schon recht hoch, so daß die Pullup-Widerstände am Ende der
    Leitungen deutlich kleiner gemacht werden müssen als sonst üblich.

    Manche uC haben auch Treiber, die recht unsymetrisch arbeiten,
    also zwar kräftig Stom gegen Masse ziehen, aber gegen +Ub nur
    einen recht kleinen Strom schaffen. Da sind zusätzliche Pullup-W.
    angesagt.

    Falls die Ausgänge sehr leistungsfähig sind (also schnelle
    Flanken schaffen) kann es auch zu Überschwingern kommen.
    Da wird mit richtige Terminierung aber ein großes Geschütz
    aufgefahren. Das kostet Strom und die Treiber müssen das
    auch schaffen.
    Dann würde ich aber erstmal die Leitungen mit ein paar zusätzliche
    pF belasten, so daß die Flanken etwas seichter werden.
    Besser sind dann aber R-C-Glieder, die die Flankensteilheit
    begrenzen.

    Gruß Uwi wie berechnet man den Abschlusswiderstand für ein
    Flachbandkabel, welches 18cm lang ist? Jedes zweite Pin ist
    mit GND belegt, um das Übersprechen zu minimieren bzw. den
    Schaden der dadurch entsteht zu minimieren.
    Wird dieser Abschlusswiderstand zwischen alle benachbarten
    Pins - also z.B. Pin1 und Pin2 - installiert (also
    Pin1---R---Pin2)? Oder wie wird der Abschlusswiderstand
    angebracht... (und wahrscheinlich auch auf beiden Seiten vom
    Flachbandkabel.
    Über die einzelnen Leitungen wird ein Address- u. Datenbus
    übertragen sowie ChipSelect-Leitungen und VCC. Die Frequenz
    mit der der µC getaktet ist, beträgt 20MHz.

    • Antwort von nach 7 Stunden 0 hilfreich
      Re^2: Abschlusswiderstand Flachbandkabel

      Erst wenn die Leitungslänge größer als Lambda/10 wird, ist mit
      Reflektionen zu rechnen.
      Hallo,

      nach anderen Daumenregeln (Laufzeit > 1/6 der Anstiegszeit) und realistischen Annahmen wie z.B. µC rise time = 3 ns liegen die 18 cm gerade so an der Grenze, ab der HS-Effekte zu erwarten sind. Kann also klappen oder auch nicht. Ich würde jedenfalls sicherheitshalber 110 Ohm transmission lines vorsehen.

      Gruss Reinhard

      • Antwort von nach 13 Stunden 0 hilfreich
        Re^3: Abschlusswiderstand Flachbandkabel

        vielen dank für die Antworten... meine schaltung befindet sich noch in der Entwicklung - also bis jetzt noch in Eagle. Daher kann ich noch nichts mit dem Oszi testen. Eine Terminierung werde ich auf jeden Fall vorsehen.

        Noch eine Frage, die mir in diesem Zusammenhang gerade noch einfällt: Für welche max. Länge ist denn ein SCSI-Kabel ausgelegt - bzw. diese 110 Ohm berechnet? Oder gibt es da keine Beschränkungen?

        Wird bei einem SCSI-Controller im PC auch mit Bustreibern gearbeitet?

        Gruß
        patrick [Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]



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