需要考虑的问题.doc

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1、需要考虑的问题从信号波形上看，高速数字设计需要考虑纵向和横向两个方面的问题：每个信号的质量、信号之间的相互时序。每个信号的质量主要考虑三个方面的问题：信号完整性、电源完整性、串扰。信号完整性问题是指高速情况下PCB走线不能再当成简单的直流电阻极小的连接电路的导体。PCB走线需要考虑对其它走线（包括其它信号和地）的电容和电感。PCB走线上传播的不再是简单的阶跃信号，而是像水中的波纹一样含有多种频率成分、来回反射衰减的正弦波的叠加。电源完整性是指大量门电路的快速翻转会，在很短的时间内切换较大的电源电流。这就需要考虑电源的反应速率，也就是交流内阻的大小。串扰其实在低速设计中也存

2、在，但是通常很小不用考虑。在高速设计中却变得非常重要。时钟频率加快每个周期内可利用的时间变得很有限，引起了信号之间的相互时序问题。1.2 基本概念高速数字设计中会经常用到一些名词，准确地把握它们的含义会有助于问题的理解。下面列出一些重要概念。第一次阅读了解一下，以后随时查阅。下面这些概念除了1.2.4节以外都是通用的，不仅仅针对PCB的微带线和带状线结构，对于同轴电缆、双绞线也同样适用。1.2.1 上升时间、带宽上升时间：信号从高电平的10%上升到90%所经历的时间。也有规定20%-80%的，10%-90%的更常用。带宽：对于信号来说是指需要考虑的最高的频率成分减去最低的

3、频率成分；对于仪器是指输入全频带的信号时有效的输出信号的最高频率成分减去最低的频率成分，有效的含义是指振幅大于某一规定的值。一般情况下(fH-fL)>>fL或者fL接近于零，所以很多资料中直接用频率的上限fH代替(fH-fL)表示带宽，本文也将遵循这一规则。1.2.2 集总系统、分布系统集总系统：系统的参数不随在系统内部位置的不同而变化，每个点的参数都是一样的，只需要考虑某一点就行了。分布系统：系统的参数随在系统内部位置的不同而不同，需要分别考虑所有的点。1.2.3 传输线、阻抗可控传输线：当作分布系统来考虑的导线，不忽略导线的电容和电感。分为理想传输线（无损传输线）和实

4、际传输线（有损传输线）。阻抗可控：采用的适当的结构使传输线单位长度的阻抗随位置变化为一个常数，方便端接。例如：把PCB走线设计成微带线结构和带状线结构，把互联导线设计成同轴电缆和双绞线结构。1.2.4 微带线、带状线、桩线（T形线）、参考平面、点对点布线微带线：如图1，是一种阻抗可控的传输线。强调只有一个参考平面。图1微带线带状线：如图2，是一种阻抗可控的传输线。强调有上下两个参考平面。图2带状线桩线：PCB走线中较短的分支，一般用来连接器件的引脚。参考平面：指贴近信号层的电源层或地层，为信号提供低阻抗（主要是指低感抗）的回流路径。点对点布线：一个驱动器连接一个接收器的走

5、线结构。1.2.5 电阻、电抗、阻抗电阻：导体对电流（包括传导电流和位移电流）的不引起相位变化的阻碍效应。简单的说就是如果加载导体两端的电压是，流过导体的电流是，如果a=b，那么就存在一个叫电阻的量，用u/i表示，等于直流电阻加上交流电阻。当频率较高时由于肤集效应的影响交流电阻的影响会变得比较大。电抗：导体对电流（包括传导电流和位移电流）的引起相位发生90度变化的阻碍效应。是针对电容和电感的定义，分别定义为 和 ，负数表示相位超前90度，正数表示相位滞后90度。阻抗：电阻与电抗的组合。准确的定义是复阻抗Z="R"+X*j，X表示电抗，j就是数学中的虚数单位。有时为了简单用

6、一个实数表示，就是复阻抗的模。复阻抗比较全面的反应了导体对电流的阻碍效应。1.2.6 端接、阻抗匹配端接：在传输线的源端串联特定阻抗的元件或者在终端并联特定阻抗的元件。阻抗匹配：使阻抗连续的过程就叫做阻抗匹配，手段就是端接。端接的合适阻抗就匹配，端接的不合适阻抗就不匹配。1.2.7 互容串扰、互感串扰、远端串扰、近端串扰互容串扰：由于干扰源电压的变化引起的串扰。无论是远端串扰还是近端串扰振幅始终与干扰源同向，可用图3的模型表示。就像两条走线之间均匀并联了很多小电容一样。图3互容串扰模型图4互容串扰波形互感串扰：由于干扰源电流的变化引起的串扰。远端串扰与干扰源反向，近端串扰

7、振幅与干扰源同向，可用图4的模型表示。就像变压器的初级线圈和次级线圈相互耦合一样。图5互感串扰模型图6互感串扰波形信号的每一点都会发生串扰，所有点串扰的叠加就是测量到的结果。串扰的效果形象的说就是一个向前传播的小尖峰。每一点的串扰都会向源端和终端两个方向传播。远端串扰：相对于干扰源，向终端传播的串扰就是远端串扰。近端串扰：相对于干扰源，向源端传播的串扰就是近端串扰。图7远端串扰与近端串扰1.2.8 地弹、轨道塌陷、去耦地弹：信号返回路径中的电感上的电压波动，电感是指走线的电感不是指线圈。一般经常分析芯片的地弹，因为芯片接地引脚