Forme d'onde signal LVDS

[Slimo]

Bonjour à tous,

J'essaye de visualiser la sortie LVDS d'un oscillateur (à Quartz) mais je ne suis pas convaincu de ce que j'obtiens à l'oscilloscope. Mon oscillateur est alimenté en 3.3V et me fournit un signal d'une fréquence de 100MHz. Les 3 problèmes qui apparaissent, selon moi:
1) la forme de mon signal LVDS n'est pas assez propre, mon signal n'étant pas assez "carré"
2) les temps de descente et de montée sont censés être inférieurs à 0.6ns, or ils sont supérieurs à 0.6ns...
3) Mon Vod (output voltage swing) est supérieur à 350mV, des fois il dépasse même les 450mV et peut atteindre 500mV... or le Vod typique est censé être égal à 350mV.

Je cherche d'où vient mon erreur mais je ne trouve pas, j'ai bien mit une résistance de 100 Ohms entre mes 2 sorties fréquences, mes 2 sorties sont bien reliées à l'oscilloscope avec deux câbles de même longueur (SMA coudés côté PCB, connecteurs BNC côté Oscilloscope), j'ai réglé mes temps de montée et descente à l'oscilloscope sur 20%-80% comme le stipule la norme LVDS.
Quelqu'un aurait une idée d'où peut venir le problème ??


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[jiherve]

bonjour
comme su ABC : il faut une sonde active ad hoc.
Il doit y en avoir chez Keysigth, donc casser le petit cochon.
Avec les signaux de cette famille LVDS,TMDS ... et les bus DDR il n'y a pas d'autre solutions ou alors c'est que le qualitatif suffit du type : y a t il qq chose ?
JR

[Slimo]

Bonjour jiherve,

Cela me surprend car comme dis sur ABC, un collègue avait mesuré une "belle" forme d'onde à l'oscilloscope, sans aucune sonde active, uniquement avec des câbles coaxiaux (avec connecteur SMA d'un côté, et connecteur BNC mâle côté Oscilloscope).
Concernant le petit cochon ça m'est égal car ce n'est pas moi qui va payer ^^ Ce qui m'embête le plus c'est que mon PCB a des connecteurs SMA donc difficile d'utiliser une sonde et des sondes actives comme la N2790A de Keysight a un temps de montée de 3.5ns, ce qui est déjà très supérieur temps de montée max de 0.6ns du LVDS...
Je suis vraiment confus

Image4.png
Image1b.png

[jiherve]

re
comme son nom l'indique le LVDS c'est du différentiel, il ne peut donc être observé qu'en différentiel, une N2750A (6k€ chez RS) devrait faire l'affaire, temps de montée 233ps ,il existe plus rapide.
ce qui compte sur ces signaux c'est le diagramme de l’œil qui doit être bien ouvert .
JR

[A voir en vidéo sur Futura]

[Vincent PETIT]

Bonjour,
Tu as la doc de ton oscillo ?

Comme tu mesures directement avec des coax avec un impédance de 1MΩ il est possible que la bande passante ne soit pas assez grande. Ton oscillo a surement un réglage possible pour mettre ses entrées en 50Ω et il faut regarder dans la doc si la bande passante n'est pas plus grande dans cette config. Et je dirai qu'elle l'est !

Je pense que ton collègue à fait ça : Deux mesures de mode commun terminés sur 50Ω dans l'oscillo (carré rose = voie 4 et carré bleue = voie 3). Ensuite en math tu fais voie 4 - voie 3 pour afficher la mesure différentielle. Je pense qu'il faut retirer la résistance 100Ω Ohms de terminaison car le récepteur (carré noir) voie déjà 100Ω formé par les 2 impédances d'entrée 50Ω de l'oscillo.

[Gyrocompas]

Bonjour,
Quelle est la destination du générateur ?
Si c'est pour faire pédaler de la logique, il faut raisonner sur l'atteinte de seuils.
Autrefois, j'utilisais un analyseur logique qui sortait des signaux tout beaux sur l'écran, sans aucune certitude de qu'ils étaient dans la réalité.
En règle générale, ils sont fournis avec les sondes adaptées.

[jiherve]

Bonsoir
le LVDS ce sont qqs (2 ou 3 max) centaines de mV , un analyseur logique attends en général des volts.
La mesure diff en utilisant la fonction a-b du scope ,n'est pas indiquée dans ce cas sauf si le scope sait faire a-a sans artefacts.Il n'y a pas à tergiverser il faut faire chauffer la CB. Lorsque j'ai été confronté au même probleme j'ai du œuvrer dur pour convaincre ma hiérarchie de claquer environ 300k€ pour un scope, un analyseur et leurs différentes sondes, bon derrière on a fait qqs millions de benef!
JR

[bobflux]

Si tu mets des câbles plus longs la forme du signal change ?

Si oui la cause est probablement que l'oscillo n'a pas de terminaison 50 ohms au bout du câble donc ça rebondit. Mais si tu mets la terminaison 50 ohms dans l'oscillo, en DC elle va trop charger la pauvre sortie LVDS, il faut savoir si avec l'oscillo en mode AC la résistance de terminaison est couplée à travers un condensateur ou pas.

Ça donne quoi avec les sondes X10 ?

[Slimo]

Bonjour à tous,

Je n'ai pas vraiment de récepteur. Mon "émetteur" est l'oscillateur qui délivre du LVDS à 100MHz et mon "récepteur" est l'oscilloscope sur lequel je visualise le signal LVDS pour être sûr qu'il respecte les spécifications et qu'il soit OK. Donc dans le schéma je pense qu'on peut supprimer le carré noir et ne garder que les carrés rose et bleu.

J'ai refait une mesure en mettant mes 2 voies d'oscillo sur 50R. Mon signal a l'air plus propre, il est "+" carré, mais je ne suis pas encore convaincu...
J'ai laissé la résistance de terminaison de 100R entre les 2 sorties fréquences de mon oscillateur (la résistance est située à la sortie de l'oscillateur, en amont de mes 2 connecteurs SMA et câbles coaxiaux allant à l'oscilloscope).
Qu'en pensez vous ?

[jiherve]

bonjour
déjà répondu ailleurs.
mais j'ajoute fais un diagramme de l’œil c'est le juge de paix
JR

[Vincent PETIT]

Bonjour,

Si tu fais un modèle équivalent du mode diff, ça devrait te montrer que les impedances de 50Ohms sont en série. C'est pour ça que j'avais préconisé de retirer la résistance de terminaison.

Si vraiment tu veux la laisser alors 100 Ohms n'est pas la bonne valeur à cause de la présence des 50Ohms de l'oscillo. Il faut adapter en impedance en tenant compte des 50 Ohms

[Slimo]

#10:

Avant de faire le diagramme de l'oeil, j'aimerai d'abord être convaincu. Or tant que ma forme d'onde à l'oscilloscope ne respecte pas les spécifications du LVDS je ne serai pas convaincu et j'estime que ce n'est pas nécessaire de vérifier le diagramme de l'oeil si la forme d'onde n'est même pas celle attendue...
Valeur de tension qui devrait être à 350mV pour du LVDS, etc... c'est ce que j'entend par spécifications du LVDS

[Vincent PETIT]

Ton signal fait le double de ce que tu attends parce qu'il n'est pas adapté.

[Slimo]

#11:

"Si tu fais un modèle équivalent du mode diff, ça devrait te montrer que les impédances de 50Ohms sont en série"
Comment ça ?? Je ne vois pas...

En fait j'ai mit la résistance de 100 Ohms car elle est indispensable pour du signal LVDS... le courant de 3.5mA circulant à travers la résistance de 100 Ohms va nous générer le 350mV typique des signaux LVDS. Donc je ne comprends pas comment on puisse la retirer...

Pour moi les 50 Ohm de l'Oscillo sont bien adaptés au 50 0hm de notre ligne de transmission (le câble coaxial)... j'ai du mal à voir où serait le problème d'adaptation d'impédance, sachant que notre résistance de terminaison 100 Ohm est en parallèle.

PS: avant de commencer ce travail je n'ai jamais fait de RF, je suis conscient de la notion d'adaptation d'impédance pour l'intégrité du signal mais sans m'y connaitre, à cet instant, donc veuillez pardonner mon ignorance sur le sujet

[Slimo]

#13:

Je ne comprend pas grand chose et ça m'embête, j'ai remplacé mes 2 résistances 0 Ohm par 2 capacités de couplage de 100nF, sur chacune de mes 2 sorties fréquences, entre la résistance de terminaison 100Ohm et les connecteurs SMA/Câbles coax.
Les 2 voies de l'oscilloscope sont configurées en 50 Ohm.

Résultat: maintenant mon signal fais la moitié de ce qui est attendu ! (j'attend une valeur de 350mV)

PS: on peut voir ma résistance de terminaison 100 Ohm format SMD sur le bottom du PCB

LVDS 100MHz 50R cap2.pngLVDS 100MHz 50R capa.png1000030810.jpg1000030812.jpg

[jiherve]

Bonsoir
il serait intéressant de voir les calibre verticaux des voies car moi je ne sais pas interpréter les infos présentes sur le coté, je ne sais que compter les carreaux et faire une règle de trois.
JR

[bobflux]

En fait j'ai mit la résistance de 100 Ohms car elle est indispensable pour du signal LVDS... le courant de 3.5mA circulant à travers la résistance de 100 Ohms va nous générer le 350mV typique des signaux LVDS. Donc je ne comprends pas comment on puisse la retirer...

Tu ne la retires pas, tu la déplaces. Si l'oscillo a le mode 50 ohms activé, ça correspond à 100 ohms en différentiel, et la résistance de terminaison n'est plus sur la carte, mais dans l'oscillo.

Résultat: maintenant mon signal fais la moitié de ce qui est attendu ! (j'attend une valeur de 350mV)

Si tu as deux résistances en parallèle (une sur la carte et une dans l'oscillo) alors le signal est 2x plus petit que si tu n'avais qu'une résistance...

[jiherve]

re
il faut suivre : sa resistance de 100 ohm a toujours été là, il a juste changé le couplage de ses 'sondes".
JR

[Vincent PETIT]

PS: [...] donc veuillez pardonner mon ignorance sur le sujet

N'oublie jamais que même le grand chêne, un jour, a été un gland (c'est de l'humour et qui s'applique à nous tous)


L'adaptation d'impédance c'est quand R_source = R_{charge/terminaison} (maximisation de la puissance transmise et pas, ou peu, de réflexion)

Comment passe t-on d'une vision asymétrique à symétrique, aussi appelé single ended à differential ended, ou encore unbalanced à balanced ?

https://www.ti.com/lit/an/slwa053b/slwa053b.pdf chapitre 2
Tu pars d'un schéma classique à gauche, R_source = R_charge donc on est adapté. Puis tu dupliques le schéma autour de la masse, comme un effet miroir autour de celle-ci, figure du milieu. Enfin toutes les branches verticales passent en modèle équivalent série (si c'est des résistances en séries elles s'ajoutent, si c'est des condo en séries ils se divisent, s'il y avait eu des inductances en séries elles s'ajoutaient), c'est la figure à droite.
Capture058.PNG

Maintenant j'applique ça à ton montage mais dans le sens inverse, je pars de la figure de droite et je vais jusque la figure du milieu. Pas besoin d'aller jusqu'à gauche car ça ne nous intéresse pas, c'est utile pour un filtre mais dans ton cas il n'est question que d'impédance.

Capture059.PNG


D'où ce que j'avais écris avant en #5, #11 et #13:

Si tu fais un modèle équivalent du mode diff, ça devrait te montrer que les impedances de 50Ohms sont en série. C'est pour ça que j'avais préconisé de retirer la résistance de terminaison.

Et la réponse de bobflux

Si l'oscillo a le mode 50 ohms activé, ça correspond à 100 ohms en différentiel, et la résistance de terminaison n'est plus sur la carte, mais dans l'oscillo.

Tu as donc bien 2 résistances de 100Ω dans le schéma équivalent qui deviennent une 50Ω et donc tu mesures une tension divisée par 2.

[bobflux]

Oui il y a une double terminaison : la résistance sur la carte met l'impédance de la source à 100 ohms différentiel, et à l'autre bout du câble, la même chose dans l'oscillo. C'est le mieux pour éviter les réflections car le câble est terminé sur son impédance aux deux bouts, mais l'amplitude à l'arrivée est divisée par deux.

En supprimant la résistance sur la carte, on n'a plus que la terminaison dans l'oscillo, et l'amplitude retrouve sa valeur d'origine.

[Slimo]

#19:

Merci de votre compréhension, car pour certaines personnes lorsqu'on est ingénieurs on est censés tout connaitre dès le début et les questions sont mal vues ! (mentalité ennuyeuse)

Ok je comprend beaucoup mieux le "modèle équivalent en différentiel".
Si j'ai bien compris, les dessins que j'ai fait pour représenter les différentes étapes pour arriver au modèle équivalent différentiel devrait être bons

1ere etape.jpg
2eme etape.jpg
3eme et 4eme etapes.jpg

[Slimo]

#19 et #20:

J'ai bien compris le modèle différentiel et pourquoi les 50 Ohm de chacune des 2 voies de l'oscillo deviennent une 100 Ohm.

"Tu as donc bien 2 résistances de 100Ω dans le schéma équivalent qui deviennent une 50Ω et donc tu mesures une tension divisée par 2."
Pourquoi ?
Car vous considérez les lignes de transmission (câbles coaxiaux) comme de simples fils, ce qui nous amène à avoir 2 résistances de 100 Ohm en parallèle, et donc une résistance équivalente de 50 Ohm ??
Je pense avoir compris mais n'en suis pas si sûr. Voir mon dessin en pièce jointe.

[bobflux]

Car vous considérez les lignes de transmission (câbles coaxiaux) comme de simples fils, ce qui nous amène à avoir 2 résistances de 100 Ohm en parallèle, et donc une résistance équivalente de 50 Ohm ?

Pas tout à fait.

Vu depuis la source, le câble différentiel (les deux coax) a une impédance en différentiel de 100 ohms.

Si l'impédance de la source est aussi de 100 ohms à cause de la résistance, alors l'amplitude est divisée par deux lors de l'envoi dans le câble. En gros la moitié du signal part dans le câble et l'autre moitié dans la résistance de 100 ohms à la source. On a donc dans le câble un signal de 175mV avec une impédance de 100 ohms.

Ensuite ça se propage, ça arrive à la résistance de 100 ohms dans l'oscillo, mais là il n'y a pas de réduction d'amplitude. Le câble est terminé avec son impédance caractéristique, donc il n'y a pas de réflexion, et le signal différentiel de 175mV apparaît sur la résistance de 100 ohms dans l'oscillo.

[Slimo]

En fait l'amplitude est divisée par deux lors de l'envoi dans le câble, car le courant va se diviser en deux, de manière égale, car l'impédance de la résistance de terminaison est la même que celle du câble ? c'est une loi des noeuds en gros si je comprend bien. Et donc qui dit courant, dit tension...

"Ensuite ça se propage, ça arrive à la résistance de 100 ohms dans l'oscillo, mais là il n'y a pas de réduction d'amplitude. Le câble est terminé avec son impédance caractéristique, donc il n'y a pas de réflexion"

Il n'y a pas de réduction d'amplitude car le câble est en "série" avec la résistance de 100 ohms dans l'oscillo ? et donc c'est le même courant qui traverse aussi bien le câble que la résistance 100R dans l'oscillo ?

C'est particulier la RF hélas je n'en ai jamais fait auparavant et de base j'ai une formation plutôt Electrotechnique/Electronique de Puissance (je n'ai jamais eu de cours de RF en classe), je me suis "reconverti" il y a 5 mois seulement, mais j'ai soif de connaissances et d'apprendre !!

[bobflux]

En fait l'amplitude est divisée par deux lors de l'envoi dans le câble, car le courant va se diviser en deux, de manière égale, car l'impédance de la résistance de terminaison est la même que celle du câble ?

Oui

En régime instantané, au moment où le signal est envoyé dans le câble, le signal ne s'est pas propagé jusqu'à la résistance qui est à l'autre bout, elle n'est pas encore "visible" si tu veux, donc la seule chose qui compte est l'impédance du câble, ici il se comporte en différentiel comme une résistance de 100 ohms, qui forme effectivement un diviseur de courant avec la vraie résistance sur la carte.

Si le câble est terminé sur son impédance caractéristique à l'autre bout, il n'y a pas de réflexion, donc vu de la source c'est comme si le câble était infini : on envoie du signal dedans, mais aucun écho ne revient, la source ne "voit" pas la résistance à l'autre bout. Dans ce cas, tout le signal qui se propage dans le câble finit absorbé dans la résistance de terminaison à l'arrivée, toute l'énergie est transférée, donc l'amplitude sur la résistance est la même que dans le câble.

Si le câble n'est pas terminé sur son impédance caractéristique à l'autre bout, il y aura réflexion, mais celle ci retourne à la source plus tard, le temps de faire l'aller retour dans le câble. Dans ce cas, la forme du signal est différente selon quel bout du câble tu regardes ! Par exemple du côté source, il y a interaction entre le signal émis actuellement et le signal réfléchi qui est un signal émis dans le passé.

Si tu ne veux pas que l'amplitude soit divisée par deux, il faut une seule résistance, à un seul bout du câble : soit à la source, soit à l'arrivée.

Pour le LVDS comme la source est plus ou moins une source de courant, on met la résistance à l'arrivée. Donc le côté source du câble est "non terminé" et pourrait réfléchir un signal qui lui arrive dessus... mais aucun signal ne lui arrive dessus puisque une fois le signal arrivé à destination il est absorbé par la résistance et normalement rien ne repart dans l'autre sens.

Pour le CMOS la source envoie de la tension donc on met généralement la résistance de ce côté ci. Terminer à la destination impliquerait que la résistance consomme constamment de la puissance pour rien quand un niveau continu est transmis.

[Vincent PETIT]

Si j'ai bien compris, les dessins que j'ai fait pour représenter les différentes étapes pour arriver au modèle équivalent différentiel devrait être bons

Oui c'est bon. Tu as compris.

Car vous considérez les lignes de transmission (câbles coaxiaux) comme de simples fils, ce qui nous amène à avoir 2 résistances de 100 Ohm en parallèle, et donc une résistance équivalente de 50 Ohm ?

C'est bien ça, en première approximation j'ai négligé le modèle équivalent du coax pour expliquer pourquoi la 100 Ohms de terminaison devait être retiré le temps de faire la mesure (à cause de la présence des entrées 50 Ohms de l'oscillo).

Sans aller aussi loin que bobflux, si on reste dans l'approximation des régimes quasi stationnaires (pas de prise en compte de la propagation) ton problème était modélisable comme tu l'as fait en #21



En 1 c'est ton schéma,
En 2 j'ai séparé la résistance de terminaison en 2 car j'en ai le droit et surtout car ça me permet d'avoir un modèle équivalent full symétrique pour le schéma 3.
En 3 c'est la version single ended qu'on peut facilement entrer dans un simulateur pour faire une analyse plus poussée comme avec de la propagation.

C'est de cette manière qu'on construit les filtres symétriques comme en CEM par exemple. Normalement on part du schéma 3 pour tailler le filtre souhaité et on remonte vers le 1 pour le symétriser mais pour analyser un montage symétrique on peut faire l'inverse sans problème.

ps : avec le modèle équivalent 3, si tu arrives à ajouter les éléments parasites du coax + les capas parasites sur ton PCB (c'est pas facile) tu peux même expliquer pourquoi ton signal est légèrement arrondi dans les coins (façon de parler) car il y aura la présence de filtre, non souhaité, mais néanmoins présent.

[Slimo]

Bonjour Messieurs les Electroniciens,

#23:

"Vu depuis la source, le câble différentiel (les deux coax) a une impédance en différentiel de 100 ohms."
Je n'arrive pas à comprendre, pour les résistances de l'oscilloscope c'était clair, car avec le modèle différentiel on arrive à voir qu'elles sont en série et donc à les additionner: 50R + 50R = 100R
Mais pour les 2 câbles coaxiaux, même en modèle différentiel les deux câbles ne se retrouvent pas en série, donc je n'arrive pas à comprendre pas comment on en arrive à additionner les impédances des deux câbles et en arriver à 100R....

D'ailleurs dans les schémas de Vincent PETIT en #26, on voit bien que les câbles ne se retrouvent jamais en série... j'ai beau réfléchir je ne comprend vraiment pas ce point.

[bobflux]

Comment dire... Ils ne sont pas en série dans la longueur, mais dans la largeur

L'impédance est une propriété du câble, elle existe entre ses deux conducteurs (âme et blindage pour un coax). Ici en mode différentiel, vue depuis la source, l'impédance des deux câbles est en série.

Sur le schéma de Vincent ça ne se voit pas parce que la connection à la masse du blindage n'est pas dessinée, mais là ça se voit mieux :

[Slimo]

Je ne savais pas qu'on pouvait considérer en série "dans la largeur", je pensais que c'était uniquement dans la longueur, et que dans la largeur c'était plutôt être en parallèle ��

"L'impédance est une propriété du câble"
Les câbles 50R ont vraiment une impédance de 50R ?? Si je mesure l'impédance d'un bout à l'autre du câble j'aurais vraiment 50R ? De la même manière que je mesurerai 50R aux bornes d'une résistance de 50R ??

Le point milieu à gauche de l'axe des 2 câbles coaxiaux est à la masse, en est-il de même pour le point milieu à droite de l'axe ? Est ce juste un oubli de la masse sur le schéma ou est ce intentionnel ?

[bobflux]

Je ne savais pas qu'on pouvait considérer en série "dans la largeur", je pensais que c'était uniquement dans la longueur, et que dans la largeur c'était plutôt être en parallèle 類

Ouais c'est hasardeux comme formulation

"L'impédance est une propriété du câble"
Les câbles 50R ont vraiment une impédance de 50R ?? Si je mesure l'impédance d'un bout à l'autre du câble j'aurais vraiment 50R ?

https://fr.wikipedia.org/wiki/Imp%C3...%C3%A9ristique

Attention l'impédance du câble est une propriété qui ne se manifeste qu'en "hautes fréquences" puisqu'elle fait intervenir l'inductance et la capacité par unité de longueur.

En continu avec un ohmmètre tu mesureras juste la résistance du conducteur mais sa capacité et son inductance n'interviennent pas donc ça ne mesure pas l'impédance caractéristique du câble.

Pour que ça commence à se voir il faut que la fréquence soit assez élevée pour que la longueur d'onde du signal soit plus courte que le câble, à ce moment là on est obligé de le considérer comme une ligne de transmission puisqu'il va y avoir plusieurs périodes du signal en transit dedans. Si le câble est trop court par rapport à la longueur d'onde, alors la tension est la même aux deux bouts et les phénomènes de transmission ne se voient pas.

Comme ton signal est un carré avec des transitions d'environ 1ns, il y a des harmoniques dans les GHz donc même un cable court se comporte comme une ligne de transmission. Par exemple le front montant de 1ns fait à peu près 20cm de long dans le câble (en supposant 70% de la vitesse de la lumière) donc si ton câble fait 1m, quand le transmetteur a fini d'envoyer le front montant, ce signal se trouve dans les premiers 20cm de câble, mais il faudra encore 4ns avant qu'il arrive à la destination. Donc la forme du front montant (que tu cherches à avoir bien propre) qui est envoyé dans le câble ne dépend pas de ce qu'il y a à l'autre bout, seulement du transmetteur. Ce qu'il y a côté récepteur ne peut intervenir que quand le signal lui arrive dessus.

Le point milieu à gauche de l'axe des 2 câbles coaxiaux est à la masse, en est-il de même pour le point milieu à droite de l'axe ? Est ce juste un oubli de la masse sur le schéma ou est ce intentionnel ?

Oui il est relié aussi à la masse, je n'ai pas mis le symbole. D'ailleurs c'est pas la même masse, puisque d'un côté c'est la masse du transmetteur et de l'autre côté c'est celle du récepteur.