这仅仅只是在理想状况下的计算公式,所谓的理想状况是指电缆或者绝缘介质间没有任何阻抗,也没有更复杂的RF影响——它有可能随着频率增加而改变。现在让我们来看看数据块上的真实IDE电缆上传输的数据状况。
D= 1,27mm扁平数据线
Z = 95 ohm (C= 53pf/m ±5pF, L = 0,48µH/m, K PVC ~2,25), 4,35ns/m
仅仅只有当扁平数据线恰好位于导平面上方的时候,这一计算公式所得的阻抗才是准确的。如果把地平面加到上方的扁平数据线——比如在电线和地之间加入一种Mylar绝缘介质——阻抗值将会降低,这一变化可以在196系列中看出端倪。
D=1,27mm单面防护扁平数据线
电线与地平面之间的Mylar尺寸Z = 65 ohm (C= 92pf/m L = 0,39µH/m, K PVC ~2,25, K Mylar ? ), 5,52ns/m
一根地平面上方的扁平数据线可能会改变信号速率和阻抗值。如果扁平数据线与金属块亲密接触的时候,这一结论也同样适用。
D=1,27mm 缠绕型扁平数据线
Z = ? ohm (C= 51,5pf/m L = ? µH/m, K PVC ~2,25), 5,4ns/m Thomas & Betts Series 200 Z = 100 ohm (C= 52pf/m L = 0,69 µH/m, K PVC ~2,25), 5,3ns/m 3M Type1700
将数据线缠绕之后改善了线路之间不必要的耦合,同时也降低了阻抗,这一功绩应该归功于L值的增加,因为传播延迟的必然伴随着电线长度的加长。
D=0,635mm扁平数据线
尺寸的缩减将会把阻抗值降低到85.5欧姆。规格说明同时考虑到了70~90欧姆的规格,这也给定了C,L和V值的公差值。
圆形屏蔽数据线
移动数据线的密集与屏蔽势必会增大电容值,同时也必然降低了规格说明的外部阻抗公差值。很抱歉,在这里我只能简单的推测一下这样的状况对信号传输线之间的不必要的耦合意味着怎样的后果,具体的分析恕我尚未找到这方面的资料而不能给以详细的解答。
这种状况也同样适用于自制的扁平数据线。
这里是我做的一张不是很全面的各种数据线参数列表,你可以把它作为参考:
实际应用中的系统问题
自从Z80 与6502 CPU (1-2MHz)系统面世以来,有关信号总线的各种常见问题基本不出下面所罗列的几种情况:
1.任意脉冲调制信号都需要一个经过定义的信号形式,另一方面它却不能检测到诸如定义过的最低/最高信号电平——象最小信号,长度,起停时间。
2.任意RF wirebound Duplex RF传输系统的阻抗值必须是恒定不变的。这种系统包括一个发射器(控制器),传输线(扁平数据线)以及接收器(驱动电子器件)。从发端到收端的任一部分的阻抗值都必须保持一致。
如果整个总线的阻抗值并不恒定,或者说终端阻抗不匹配,部分信号可能会反射回总线。这些反射信号将会增强或者抵消原有的脉冲,并且百分之百会使信号失真,从而使检波能力大打折扣。
接收终端需要大量的能量以驱动终端电阻器,同时发射终端势必要面队阻抗值的匹配问题。
3.如果有多于一条的信号线在无屏蔽的情况下以并行方式工作,这样肯定会降低信号质量,随之而来的另一个负面影响就是并行信号线之间的耦合。就象反射脉冲一样,并行信号线所产生的耦合信号将会增强或者抵消原有的脉冲,同样也会降低信号质量和检波能力。
如果没有增加哪怕是一根地线到“绝缘端”,我们都不能容许这种未屏蔽的信号线以并行方式传输数据。
一种比较简单的解决方案就是使用双绞线——如同SCSI接口一样。它改善了交接点的耦合程度,但是同时也降低了阻抗值,并且增加了信号延迟。
4.80针扁平数据线的引进需要连接器之间的开关,以使得新增的40个针脚能够提供与地端的通路。同时在前部保留了40针连接器,我们依然拥有背部的80针方案。
5.通过为从盘到数据线的通路增加第3个连接器,我们旧可以将所有并行的附加地线连接起来。然而我依然不知道如果增加了从盘连接器之后,控制器或者HDD系统能否运行良好。
6.如果数据线的电子特性发生变化,我们会发现阻抗值也会随之跳跃或者小幅度变化。
7.因为扁平数据线的尺寸或者材料的不同,由此将会引起阻抗值和信号速率的不同。
8.控制器和驱动电子器件的阻抗值将会随着模块的不同而变化,同时也会有不同的传输阻抗值和终端阻抗值。
9.驱动器,数据和信号线有着不同的数据传输速率。
10.如果使用一个驱动通道,那么HDD和通道背部的数据线以及必须连接到ATA数据线上的固定驱动通道之间的连接器和数据线,将会带来阻抗值跳跃式的增加。
系统越快,它对交接点的耦合,阻抗值以及传播速率的任意微小变化就越敏感。
因为没有规定更多的参数,所以你的系统可能会被某些不确定因素搞的不尽入人意。对此,笔者实在爱莫能助。
初步结论与可能的解决方案
造成传输阻抗值的变化,邻近信号线之间的耦合以及一种设置与另一种设置之间的信号速率变化的罪魁祸首是:
驱动器和控制器在信号的高低电平上的阻抗值将会随着模式的不同而不同。
至于与脉冲相混淆的信号反射则应归咎于与发端不相匹配的终端阻抗值或者从控制器到驱动器之间不恒定的阻抗值。
如果有第二个驱动器,这一连接点的阻抗值将很有可能起伏不定。
A.每一个控制器通道仅只有一个HDD。
B.使用只有两个连接器的数据线。
信号延迟将会随着扁平数据线的长度而增加,信号传输时间也会随之达到最大值。扁平数据线18"的长度——5ns/m——将会带来2.3ns的信号延迟。
C.尽可能的缩短数据线。
D.如果需要比较长的数据线,请考虑将HDD紧靠在控制器的连接器旁边安装,或者可以尝试着改变一下常用的台式机,19"也许是个不错的选择。请将HDD安装在 PCB控制器接口的正上方或者正下方,这样你就可以把扁平数据线缩短哪怕是几个厘米,总算是一点改进。
不同的绝缘材料(它们有着或高或低的电介质常数)做成的扁平数据线以及导线直径的改变都会影响(2D/d)的比率。
到底有没有使用圆形数据线呢?
E.尝试换用另一类型或者标志的扁平数据线。
在同一连接点上,扁平数据线与导地平面是否是并行的呢?
F.尝试沿着地平面将你的扁平数据线重新铺设。
数据线是否被切除?或者试者将其卷拢从而得到一条圆形数据线?
G.如果未曾卷拢,请返回B执行,如果去除了则从A开始。
驱动器是否安装在可移动驱动平台上?
H.从驱动通道撤离HDD,继续从A开始。
最终结论与注解
你是否真正需要经过性能优化的驱动器呢?
如果你选择不,那么不妨考虑为驱动器增加IEEE1394-IDE-桥接器,它如同FireLine或者I-Link.一样闻名。它可以解决所有这一类的问题,并且还可以把扁平数据线缩短几厘米。Firewire数据线的长度可达4,5m(这里仅就IEEE1394a 而言, IEEE1394b则是100m).
单独的IEEE-1394aFirewireHDD(Oxford-911芯片)将会带你领略35MB/s的极速感觉,它的理论上限可以达到50MB/s(IEEE1394b则是100MB/S),这一款应该更适用于所有的音频与视频要求,当然DVD和CD驱动器也不能逃出它的魔掌。
IEEE-1394a Raid构造可能会快的多,但是IEEE-1394b已经被用于更新型的苹果PC机。
Firewire将会提供给你“插头”和“开始”,它允许访问硬盘,同样的这一优惠也恩赐给了PC,然而令人扼腕的是只能通过数据线这种路径来访问。
IEEE-1394唯一美中不足的地方就是对现行的BIOS缺乏应有的热情追随。如果你的主板提供控制器的话,这一致命的硬伤会使SATA-IDE错过魅力四射的光辉岁月。
这已经是我第二次从RF的视角来讨论这些问题,因为今天我们所谈到的数据传输率已经不仅仅只是局限在AC范畴内了,它开始扩展到了RF范畴。
我希望我们能够立即开始讨论以上的问题,或者在不久的将来能有一些高端产品如同IDE硬盘那样持久耐用。如果你使用它的所有的或者其中一部分产品,我所希冀的就是你能够给我和其他用户一些有关这一系列产片运行状况的参考或者有用的建议。