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[参考译文] SN74LVC2G14：采用3米电缆的 UART 应用

admin
Guru**** 2390735 points
Other Parts Discussed in Thread: SN74LVC2G14, SN74LVC2G04, SN74LVC1G3157
请注意，本文内容源自机器翻译，可能存在语法或其它翻译错误，仅供参考。如需获取准确内容，请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/logic-group/logic/f/logic-forum/613670/sn74lvc2g14-application-for-uart-with-a-3-meter-cable

器件型号：SN74LVC2G14
主题中讨论的其他器件： SN74LVC2G04、 SN74LVC1G3157

您好！

我的客户将 SN74LVC2G14用于具有以下拓扑的应用。  3米电缆连接在两个系统之间。

 TMC 模块输出 UART TX-->逆变器(SN74LVC2G14)-->连接器 --> 3米电缆 -->连接器-->开关 (SN74LVC1G3157DCKR)--> SOC UART 端口

因为 TMC 单元 UART 是标准 UART 的反相器、所以他们在这里需要此逆变器。  

使用此实现方案、SOC UART 端口无法正确检测 UART 信号(19.2kHz)、即使 UART 波形信号看起来正常(在3米电缆之前和之后)。  但是、如果它们在 SN74LVC2G14的输出端添加一个10千欧的电阻器到 GND、测试结果就会正常。

那么、问题就在这里

  1. 您是否看到对此类实施有任何担忧？  它们是否需要 UART 缓冲器来增强3米电缆的驱动强度？
  2. 从上面可以看出、我们会为该缓冲器建议哪种 IC？
  3. 我们如何解释10千欧电阻器在这里有什么帮助？

谢谢！

安东尼

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    TI__Guru**** 2390735 points
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    尊敬的安东尼：

    3m 电缆可能会在系统中引入一些传输线特性、这通常会由于阻抗不匹配(高阻抗 CMOS 输入中的50Ω Ω 电缆)而在远端产生大量过冲/下冲。

    通过将端接阻抗减少至10kΩ Ω、阻抗匹配得到改善、振铃减少。 如果它被减少到足以使系统正常运行、那么我会说继续进行该设计。  有一个有用的文档详细讨论了这一点： 逻辑产品的设计注意事项

    SN74LVC2G14或 SN74LVC2G04是逆变器可行的选项。 根据所需的电压、还有许多其他选项- 19.2kHz 信号对于任何逻辑逆变器来说都不成问题(通常它们可以运行在 MHz 中)。

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    TI__Guru**** 2390735 points
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    尊敬的 Emrys：

    感谢您的回复。  我们在这里有一些不满、不确定您提到的一些问题。

    1. 关于"50ohm"、您是否认为电缆通常实现为50ohm 阻抗？
    2. 关于"高阻抗 CMOS 输入"、这是否意味着 SN74LVC1G3157DCKR 具有高阻抗 CMOS 输入？
    3. 您的意思是 说、一种具有多种特性的解决方案是将电缆/连接器的压差增加到10kohm、以便匹配 SN74LVC1G3157DCKR 输入？  如果这是真的、客户可以做些什么来实现这一点？

    谢谢

    安东尼

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    TI__Guru**** 2390735 points
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    1、是的、我假设电缆上的阻抗为50Ω Ω、因为这是传输线路的一个非常常见的特性阻抗-您的电缆可能更高或更低、但会导致相同的问题。

    具体取决于您所谈论的 SN74LVC1G3157DCKR 的输入--控制输入是标准 CMOS 输入，而模拟开关将是高阻抗或对另一侧短路。 由于我没有原理图或不知道您的系统是如何工作的、因此我必须假设逻辑信号在某个点将进入逻辑输入。

    3.不可以，电缆阻抗已设置。 "端接阻抗"只是电缆远端的一个接地电阻器(您说过它们已经存在、或者我理解不正确？)。 我提供的链接详细介绍了为什么这很有用。
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    TI__Guru**** 2390735 points
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    尊敬的 Emrys：

    感谢您的回复。

    关于电缆远端的"端接阻抗"、您是说它们需要靠近 SN74LVC1G3157DCKR 的输入端还是靠近 SN74LVC2G14的输出端？  目前、它们在接近 SN74LVC2G14输出的位置实现了10kohm。  这会有帮助吗？  (他们可能无法使用 SN74LVC1G3157DCKR 更改电路板上的设计。)

    谢谢！

    安东尼

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    TI__Guru**** 2390735 points
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    我认为最好将其放置在较远的一端(在本例中为 SN74LVC1G3157的输入)。
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    TI__Guru**** 2390735 points
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    您好、Emrys。

    客户尝试在 SN74LVC1G3157的输入端将10k Ω 电阻连接到 GND 、并且工作正常。  下面是客户提出的一些问题、

    1. 我们如何判断10千欧是不是最佳的值？
    2. 在 SN74LVC1G3157的输入端添加10kohm 之前/之后、客户未找到最终的波形差异 (如下所示。)  你有什么意见吗？

    安东尼

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    TI__Guru**** 2390735 points
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    看起来线路中存在反射、导致大约 Vcc/2处出现轻微尖峰-这可能会有问题、因为这是大多数 CMOS 输入的阈值电压。 我要说的最佳解决方法是在电缆的远端(SN74LVC1G3157之前)添加一个施密特触发缓冲器。  这将消除任何导致双触发的反射可能性。

    至于他们看到改进的原因-请注意、10k 电阻器会略微减少反射、如下所示：

    这种减少可能足以避免在其当前设置中出现双重触发-但是、由于器件之间的差异、我不相信它会被"始终"固定。

    如果唯一的选择是添加端接电阻器、则较低的值将更好地减少反射。 越接近电缆的特性阻抗、越好-但是、您不能超过驱动器器件的电流驱动能力、如果您具有完美匹配、则信号值将减半、并且在远端无法识别

    一种更好的解决方案是在输出端(电缆之前)添加一个串联电阻器、这将抑制振荡。

    另一种选择是略微增加电缆长度(可能是1/8到1/4波长)-通过更改电缆长度、您可以更改反射到达边缘的时间、并将其移至您要与之通信的器件的开关阈值范围之外。

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    TI__Guru**** 2390735 points
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    尊敬的 Emrys：

    韩文供您发表评论。  关于您的注释"如果唯一的选择是添加端接电阻器、则较低的值将更好地减少反射。 越接近电缆的特性阻抗、越好-但是、您不能超过驱动器器件的电流驱动能力、如果您具有完美匹配、则信号值将减半、并且在远处无法识别"、 是否有任何材料描述了调整电阻器值的机制？

    客户有一些作为参考的测试结果。

    谢谢！

    安东尼

    e2e.ti.com/.../waveform-check.xlsx

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    TI__Guru**** 2390735 points
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    反射系数(p)可通过以下公式计算：

    P =(Zterm - Zo)/(Zterm + Zo)

    如果我们假设传输线为50Ω Ω、并且端接完全阻性且端接为10kΩ Ω、则反射系数将为：

    P =(10000 - 50)/(10000 + 50)~= 0.99

    与没有端接电阻器的器件相比、我们可以假设输入大约为3.3 MΩ(3.3V/1uA)：

    P =(3300000 - 50)/(3300000 + 50)~= 0.9999

    这意味着10kΩ Ω 电阻器仅将反射改善了约1%(从99.99%提高到99%)  

    如果您完全匹配阻抗、则反射系数会降至零(理想情况)、但这会增加许多新问题(电流驱动、压降)。  该1kΩ 器足够强大、能够处理1kΩ Ω 负载(3.3V/μ s = 3.3mA)、从而产生~0.9的反射系数。  这是10kΩ Ω 电阻器提供的电流降低10倍(从99.99%降低到90%)。

    我在网上找到了一款计算器、您可以在其中快速轻松地获得该值：

    ncalculators.com/.../transmission-line-reflection-coefficient-calculator.htm