Typischerweise wurde die Situation vermieden, indem die Ausgänge Open-Collector statt Tristate waren und ein Pullup-Widerstand auf +5 V die Schaltung vervollständigte. Wenn ein Gerät die gemeinsam genutzte Leitung auf niedrig und das andere auf Open-Collector schaltete, blieb die gemeinsam genutzte Leitung niedrig. Wenn es nur für eine sehr kurze Zeit einen Konflikt gäbe, würde dies überhaupt keine Probleme verursachen.

Als praktisches Beispiel hierfür ist der CAN-Bus in der Industrie weit verbreitet (insbesondere in Autos) und arbeitet genau so. Der Ausgang jedes Geräts ist ein Open-Collector-Ausgang mit einer Strombegrenzung, und ein Gerät (und nur eines) enthält den Pullup-Widerstand. In einem Industrie- / Automobilkontext, in dem Geräte schief gehen können und können und Drähte auch hoch oder niedrig kurzgeschlossen werden können, wird sichergestellt, dass kein Geräteausgang ein anderes Gerät beschädigen kann, es jedoch schief geht. Darüber hinaus überwacht der CAN-Bustreiber für jedes Gerät den Bus, um zu überprüfen, ob er in den erwarteten Zustand versetzt wurde, und meldet Busfehler an die Anwendung, wenn ein Konflikt festgestellt wird, bei dem jemand anderes über seine Daten stampft.

In der Praxis ist es unwahrscheinlich, dass die Chips dadurch beschädigt werden. Es kommt jedoch zu sofortigen Stromspitzen an den Ausgängen, an denen Hoch und Niedrig kurzgeschlossen sind, was die EMV-Emissionen unangenehm beeinflusst. Designer in den 70er und 80er Jahren waren viel weniger besorgt über EMV, daher ist es wahrscheinlich, dass viele Schaltkreise mit genau diesem Problem aus der Tür gingen.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, nicht überlappende Aktivierungen für Busgeräte zu erstellen.Am einfachsten ist es vielleicht, das Taktsignal selbst zu Ihren Gleichungen hinzuzufügen.Dann ist jeweils nur ein Gerät aktiviert, während die Uhr hoch ist, und es sind überhaupt keine Geräte aktiviert, während sie niedrig ist.(Oder umgekehrt, wenn Sie die steigende Flanke der Uhr zum Erfassen von Daten verwenden.)

Normalerweise ist die Ausgabefreigabefunktion der meisten Geräte schnell genug, dass die "Verschwendung" der Hälfte jedes Zyklus auf diese Weise kein Zeitproblem verursacht.Wenn dies jedoch der Fall ist, besteht eine Problemumgehung darin, das Tastverhältnis der Uhr nach Bedarf zu ändern.

Wenn es Schaden anrichten würde, wie wurde diese Situation in den 1970er und 80er Jahren vermieden?

manuelles Design, das die Verzögerung kompensiert.

Ob dies zu Schäden führen kann, hängt von Ihrer Technologie ab. Daher können keine allgemeinen Ratschläge gegeben werden.Damit jedoch ein Übergang von 10 ns wirksam wird, muss Ihr System eine Bandbreite> 100 MHz haben, sodass Sie dies aktiv vermeiden können.

Wenn ein Gerät so ausgelegt ist, dass Daten so schnell und stark wie möglich ausgegeben werden, wenn / OE aktiviert ist, kann ein Buskonflikt zu erheblichen Spitzenströmen führen, die unerwünschte Störungen auf den Versorgungsschienen verursachen können, selbst wenn sie keine physischen Schäden verursachen. Andererseits kann ein solches Gerät in der Lage sein, den Bus in weniger als einem halben Taktzyklus in einen gültigen Zustand zu bringen. In diesem Fall kann das Gating / OE mit dem Takt einen solchen Konflikt vermeiden. Einige andere Geräte können den Bus jedoch nicht so schnell fahren und müssten näher an einem vollen Zyklus sein, um den Bus zu fahren. Geräte, die den Bus langsamer fahren, neigen jedoch weniger dazu, während kurzzeitiger Phasen von Gerätekonflikten übermäßigen Strom zu leiten.

Ein Unterschied von einigen Nanosekunden beim Empfang von Aktivierungssignalen durch Geräte ist weniger wichtig als das Timing, mit dem die Geräte selbst auf Aktivierungssignale reagieren. Wenn ein Gerät den Datenbus nur langsam freigibt, muss sein Gate-Signal möglicherweise so gesteuert werden, dass es frühzeitig freigegeben wird, um sicherzustellen, dass das erste Gerät den Betrieb des ersten Geräts beendet, wenn ein anderes Gerät versucht, den Bus zu steuern.

Hier gibt es mindestens zwei Probleme: thermische Überspannungen und VDD-Transienten.

Lassen Sie uns einige Zahlen dazu setzen. Angenommen, Transistoren mit einer Siliziumausdehnung von 20 Mikron mal 20 Mikron und einer Tiefe von 10 Mikron. Das Volumen beträgt somit 20 · 20 · 10 oder 4.000 Kubikmikron. Ältere Technologie-Bipolare mit Kollektoren im Basis-Emitter-Bereich sind ungefähr so ​​groß. Die spezifische Wärme von Silizium beträgt 1,6 PicoJoule / Kubikmikron / ° C. Unser Gerät ist 4.000 * 1,6 pJ = 6,4 NanoJoule / ° C. Wie viel Temperaturanstieg können wir in 10 Nanosekunden thermischer Spitze erzeugen?

Verwenden Sie 5 Volt und 100 Milliampere (eine ziemlich gute Spitze zwischen 2 gegenüberliegenden Bustreibertransistoren). Die Leistung beträgt 0,5 Watt und die Energie beträgt 0,5 NanoJoule pro Nanosekunde. In 10 Nanosekunden beträgt die Energie 5 NanoJoule.

Teilen Sie nun einfach: 5nJ / 6,4nJ == 0,8 ° C Anstieg. Angenommen, gleichmäßig innerhalb des 20 * 20 * 10U-Volumens verteilt. Da der größte Teil des bipolaren Volumens der vergrabene Kollektor ist, ist "einheitlich" eine gültige Annahme. Somit ist 1 ° C pro Busfahrer die Antwort. Wenn sich 8 Treiber in einem Paket befinden, ändert sich die 1 ° C-Zahl? Nein, da die Wärmequellen in 8 verschiedenen Regionen verteilt sind und das vorübergehende Auftreten ein niedriges Tastverhältnis ist

Nun zu dieser zweiten Ausgabe: dem VDD-Klingeln. Frühe Bus-Treiber-ICs enthielten 8 Schaltkreise mit nur einem GND und einem VDD. Der Zusammenbruch der Schiene war ein großes Problem. Warum?

Nehmen Sie eine Induktivität von 10 nS GND + VDD an. Angenommen, Sie laden 8 Lasten mit jeweils 50 pF mit einem Trise von 10 ns. Oder 2 Volt / Nanosekunden Anstiegsgeschwindigkeit.

Wenn 1pF bei 1 V / ns 1 mA benötigt, benötigt unser einzelner Ausgang 100 mA. Die acht Ausgänge benötigen 800 mA. Angenommen, die Ladestöße steigen in der Hälfte der Zeit oder 5 ns von NULL auf 800 mA. Was ist der Rail Bounce?

Da ich einen dreieckigen Stromimpuls angenommen habe (steigend und fallend in 5 ns), ist die Laderate geringer als erforderlich.Um das Timing des Vollladungsimpulses zu erreichen, müssen wir die Spitzenströme verdoppeln, und das Aufprallen beträgt sowohl für GND als auch für VDD 1,6 Volt.