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36 DESIGN&ELEKTRONIK 07 2020 Halbleiter Signalkonditionierung luste es dem Empfänger erschweren die Informationen richtig zu interpretieren Somit erhöht sich die Fehlerwahrscheinlichkeit ■ HF-Effekte bei digitalen Datenleitungen Der Empfänger tastet die Daten an den Flanken eines Referenztakts ab Bild 2 Je größer die Augenöffnung ist desto einfacher ist es den Abtasttakt CLK in die Mitte eines bestimmten Bits zu setzen um die Daten abzutasten Jede Dämpfung der Amplitude jede Reflexion oder jeder Jitter machen das Auge im Augendiagramm kleiner sowie das Datenfenster und die Bitzeit enger was zu einem Fehler auf der Empfangsseite führt Die Frage ist nun ab wann bei einer Übertragungsstrecke die Hochfrequenzeffekte berücksichtigt werden müssen Ein Niederfrequenzdesign liegt vor wenn die Wellenlängen viel größer als die Leitungslänge sind und der Widerstand von Leiterbahnen und Verbindungsstellen nicht frequenzabhängig ist sodass die Auswirkungen der Übertragungsleitung vernachlässigbar sind HF-Designs liegen vor wenn die Wellenlänge viel kleiner als die Leitungslänge ist und alle physikalischen Eigenschaften und Verbindungsabmessungen einer Leiterbahn beachtet und angepasst werden müssen damit eine Übertragungsleitung mit ihren elektrischen Eigenschaften für eine bestimmte Anwendung erhalten werden kann Der Punkt an dem Verbindungen als HF-Übertragungsleitung behandeln sollten ist wenn bei der höchsten Betriebsfrequenz die Leiterbahnlänge etwa 1 10 der Wellenlänge dieser Frequenz überschreiten könnte Ab diesem Punkt müssen die Leiterbahnen mit Verlustelementen modelliert werden und alle frequenzabhängigen Elemente einschließlich parasitärer Kapazitäten und Induktivitäten und deren Auswirkungen auf die Signaldämpfung berücksichtigt werden Eine andere Möglichkeit zu entscheiden bei welcher Frequenz eine Verbindung als Übertragungsleitung zu behandelt werden sollte ist ein genauerer Blick auf die Anstiegszeit des Signals tr In den meisten Prozessknoten im Nanometerbereich weisen die Signale mit hoher Datenrate steile Anstiegsund Abfallzeiten auf womit ein Kanal oder eine Verbindung als Übertragungsleitung zu behandeln ist Wenn diese Signale durch den Kanal laufen dann werden die Verluste im Kanal und die Ausbreitungseigenschaften dieses Signals durch dessen Anstiegszeit bestimmt ■ Ausbreitungsgeschwindigkeit Elektrische Signale sind elektromagnetische Wellen und ihre AusbreitungsgeschwindigBild 3 Jitter Bild 4 Umverteilung des Stromflusses verursacht durch den Skin-Effekt Bild 1 Die Augenöffnung verringert sich wenn die Spannung abgesenkt wird Bild 2 Gewinnung des Taktsignals durch Abtastung aus dem Datenstrom www designelektronik de