Борьба с помехами в цифровой схеме Опции

[justontime]

В целях удовлетворения собственного любопытства сделал простую схему с 8088 процессором и его обвязкой, которую через преобразователи уровней 8T245 подключил к отладочной плате FPGA (на которой уже достраивал остальные элементы компьютера - память, контроллер прерываний, видео и т.д.).

Вроде все заработало, но сразу же возник вопрос по поводу избыточного (как мне казалось) нагрева процессора. Так как я вообще никак не являюсь профессионалом в области разработки радиоэлектронных устройств, то обратился за помощью сюда - http://electronix.ru/forum/index.php?showtopic=124728
Мне вроде разъяснили, что это нормально, плюс попутно дали несколько полезных советов/идей.

Как выяснилось, успокоился рановато. В ходе отладки ПО стал замечать необъяснимые зависания, которые никак не удавалось побороть. Проблема в том, что они возникали редко и случайно. В конце концов я написал тест памяти и запустил его в цикле (не особенно надеясь на результат).
Тем не менее, через минут 40 тест вдруг неожиданно выдал ошибку (хотя до этого момента уже, естественно, прошел всю память не одну тысячу раз).

Пока у меня единственная версия - из-за совершенно неправильной разводки платы помехи вызывают случайные сбои в работе. Вот плата покрупнее:




А вот как она подключена к отладочной плате:




Думаю, что разводка выполнена совершенно неправильно - дорожки земли и питания 0.4 мм без полигонов, по одному конденсатору 0.1 мкф на каждую линию питания 3.3 и 5.0 В (там обе линии в каждом шлейфе) и еще один такой же конденсатор у процессора (тоже на дорожках 0.4 мм).

Соответственно, вопрос - считаете ли вы, что мои догадки о помехах имеют право на жизнь ? И если да, то можно ли что-то сделать с этой платой (напоминаю - это просто на поиграться), или нужно сделать новую ?

Заранее спасибо за советы !

Сообщение отредактировал justontime - Dec 15 2014, 17:48

[justontime]

Что-то я в полном расстройстве... Ни уменьшение частоты, ни распайка конденсаторов на все микросхемы и на все питания ничего ровным счетом не изменило - как происходил сбой от 30 минут до пары часов, так и происходит. Понимаю, что можно еще землю сеточкой (как советовали) дополнительно протянуть, но я очень надеялся, что почти два десятка конденсаторов уже принципиально изменят ситуацию...

Кстати, все сбои были именно по чтению из памяти, причем при повторном чтении данные всегда считывались нормально.

[=AK=]

Ни уменьшение частоты, ни распайка конденсаторов на все микросхемы и на все питания ничего ровным счетом не изменило - как происходил сбой от 30 минут до пары часов, так и происходит. Понимаю, что можно еще землю сеточкой (как советовали) дополнительно протянуть, но я очень надеялся, что почти два десятка конденсаторов уже принципиально изменят ситуацию...

Конденсаторы по питанию помогают очень редко. Эти конденсаторы - необходимое условие, но не достаточное. Они должны быть запаяны для того, чтобы больше о них не думать. Основная польза от них в том, что, совместно с проводами земли и питания, они образуют "земляную сетку". Эта сетка обычно не накрывет всю плату, однако работает уже существенно лучше, чем просто земляной провод.

Вполне возможной причиной сбоев при обращении к памяти может быть "звон" в сигнальных линиях, когда эти линии имеют существенную длину (порядка 10 см и более). Проблема еще и в том, что ТТЛ выходы имеют разное сопротивление в "0" и в "1". Для борьбы со "звоном" требуется демпфирование и частичное согласование линий при помощи резисторов. Для начала надо выявить наиболее длинные линии. Между передатчиком и его линией хорошо бы врезать резистор примерно 33 Ома, это должно заметно уменьшить звон при преходе из 1 в 0. Ближе к приемному концу линии (или в середине двунаправленной линии) хорошо бы поставить подтяжку 680 Ом к плюсу питания и резистор 1 kОм на землю. Эти два резистора уменьшат отражение от приемного конца.

Да, забыл сказать - тактовая частота 5 МГц, в шлейфы особо земли не добавить, так как почти все уже занято сигналами.

У вас наверняка звон в шлейфах. Отчасти лечится, если шлейфы обернуть медной фольгой, которую заземлить в нескольких точках на каждой плате. Ну и резисторами, как написано выше.

[justontime]

Конденсаторы по питанию помогают очень редко. Эти конденсаторы - необходимое условие, но не достаточное. Они должны быть запаяны для того, чтобы больше о них не думать. Основная польза от них в том, что, совместно с проводами земли и питания, они образуют "земляную сетку". Эта сетка обычно не накрывет всю плату, однако работает уже существенно лучше, чем просто земляной провод.

Вполне возможной причиной сбоев при обращении к памяти может быть "звон" в сигнальных линиях, когда эти линии имеют существенную длину (порядка 10 см и более). Проблема еще и в том, что ТТЛ выходы имеют разное сопротивление в "0" и в "1". Для борьбы со "звоном" требуется демпфирование и частичное согласование линий при помощи резисторов. Для начала надо выявить наиболее длинные линии. Между передатчиком и его линией хорошо бы врезать резистор примерно 33 Ома, это должно заметно уменьшить звон при преходе из 1 в 0. Ближе к приемному концу линии (или в середине двунаправленной линии) хорошо бы поставить подтяжку 680 Ом к плюсу питания и резистор 1 kОм на землю. Эти два резистора уменьшат отражение от приемного конца.


У вас наверняка звон в шлейфах. Отчасти лечится, если шлейфы обернуть медной фольгой, которую заземлить в нескольких точках на каждой плате. Ну и резисторами, как написано выше.

Все возвращается по спирали на то же место, только на новый уровень...

Итак, при переходе с 1 на 0 шлейф действительно звенит так, что иногда этого звона хватает, чтобы переключить логику туда-сюда еще раз. Теперь окончательно убедился, что даже с такими вроде скромными частотами нужно быть аккуратнее...



На картинке хорошо видно - от восходящего фронта сигнала 2 переключается счетчик 6, и сразу после третьего ниспадающего фронта сигнала 2 звон такого размаха, что смог переключить счетчик...

Тем не менее, в данном случае очень хочется отделаться совсем малой кровью - вообще ничего не переделывая в железе. Понимаю, что многого хочу, но - нет ли у Cyclone IV каких-нибудь настроек ВХОДНЫХ пинов, чтобы этот самый звон хоть немного уменьшить ? Руководство читал, все подобные настройки вроде только для выходных пинов, но вдруг я что-то пропустил ? Как известно, утопающий хватается за соломинку

Сообщение отредактировал justontime - Feb 11 2015, 17:51

[ViKo]

Как известно, утопающий хватается за соломинку

Один SMD резистор, врезанный в дорожку у выхода, спасет утопающего.

[justontime]

Один SMD резистор, врезанный в дорожку у выхода, спасет утопающего.

Ранее в этой теме мне рекомендовали в районе 33 Ом, так ?