單片機(jī)硬件參數(shù)設(shè)計(jì)解析
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信號質(zhì)量表現(xiàn)為幾個(gè)方面。對于大家熟知的頻率、周期、占空比、過沖、振鈴、上升時(shí)間、下降時(shí)間等，在此就不作詳細(xì)介紹了。下面主要介紹幾個(gè)重要概念。
①高電平時(shí)間（high time），指在一個(gè)正脈沖中高于Vih_min部分的時(shí)間。
②低電平時(shí)間（low time），指在一個(gè)負(fù)脈沖中低于Vil_max部分的時(shí)間，如圖3所示。
③建立時(shí)間（setup time），指一個(gè)輸入信號（input signal）在參考信號（reference signal）到達(dá)指定的轉(zhuǎn)換前必須保持穩(wěn)定的最短時(shí)間。
④保持時(shí)間（hold time），是數(shù)據(jù)在參考引腳經(jīng)過指定的轉(zhuǎn)換后，必須穩(wěn)定的最短時(shí)間，如圖4所示。
⑤建立時(shí)間裕量（setup argin），指所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的建立時(shí)間與接收端芯片所要求的最小建立時(shí)間的差值。
⑥保持時(shí)間裕量（hold argin），指所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的保持時(shí)間與接收端芯片所要求的最小保持時(shí)間之間的差值。
⑦時(shí)鐘偏移（clock skew），指不同的接收設(shè)備接收到同一時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)輸出之間的時(shí)間差。
⑧Tco（time clock to output，時(shí)鐘延遲），是一個(gè)定義包括一切設(shè)備延遲的參數(shù)，即Tco=內(nèi)部邏輯延遲 （internal logic delay） + 緩沖器延遲（buffer delay）。
⑨最大經(jīng)歷時(shí)間（Tflightmax），即final switch delay，指在上升沿，到達(dá)高閾值電壓的時(shí)間，并保持高電平之上，減去驅(qū)動(dòng)所需的緩沖延遲。
⑩最小經(jīng)歷時(shí)間（Tflightmin），即first settle delay，指在上升沿，到達(dá)低閾值電壓的時(shí)間，減去驅(qū)動(dòng)所需的緩沖延遲。
時(shí)鐘抖動(dòng)（clock jitter），是由每個(gè)時(shí)鐘周期之間不穩(wěn)定性抖動(dòng)而引起的。一般由于PLL在時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)時(shí)的不穩(wěn)定性引起，同時(shí)，時(shí)鐘抖動(dòng)引起了有效時(shí)鐘周期的減小。
串?dāng)_（crosstalk）。鄰近的兩根信號線，當(dāng)其中的一根信號線上的電流變化時(shí)（稱為aggressor，攻擊者），由于感應(yīng)電流的影響，另外一根信號線上的電流也將引起變化（稱為victim，受害者）。
SI是個(gè)系統(tǒng)問題，必須用系統(tǒng)觀點(diǎn)來看。以下是將問題的分解。
◆ 傳輸線效應(yīng)分析：阻抗、損耗、回流……
◆ 反射分析：過沖、振鈴……
◆ 時(shí)序分析：延時(shí)、抖動(dòng)、SKEW……
◆ 串?dāng)_分析
◆ 噪聲分析：SSN、地彈、電源下陷……
◆ PI設(shè)計(jì)：確定如何選擇電容、電容如何放置、PCB合適疊層方式……
◆ PCB、器件的寄生參數(shù)影響分析
◆ 端接技術(shù)等
3 電源完整性PI
PI的提出，源于當(dāng)不考慮電源的影響下基于布線和器件模型而進(jìn)行SI分析時(shí)所帶來的巨大誤差，相關(guān)概念如下。
◆ 電子噪聲，指電子線路中某些元器件產(chǎn)生的隨機(jī)起伏的電信號。
◆ 地彈噪聲。當(dāng)PCB板上的眾多數(shù)字信號同步進(jìn)行切換時(shí)(如CPU的數(shù)據(jù)總線、地址總線等)，由于電源線和地線上存在阻抗，會產(chǎn)生同步切換噪聲，在地線上還會出現(xiàn)地平面反彈噪聲(簡稱地彈)。SSN和地彈的強(qiáng)度也取決于集成電路的I/O特性、PCB板電源層和地平面層的阻抗以及高速器件在PCB板上的布局和布線方式。負(fù)載電容的增大、負(fù)載電阻的減小、地電感的增大、同時(shí)開關(guān)器件數(shù)目的增加均會導(dǎo)致地彈的增大。
◆ 回流噪聲。只有構(gòu)成回路才有電流的流動(dòng)，整個(gè)電路才能工作。這樣，每條信號線上的電流勢必要找一個(gè)路徑，以從末端回到源端。一般會選擇與之相近的平面。由于地電平面（包括電源和地）分割，例如地層被分割為數(shù)字地、模擬地、屏蔽地等，當(dāng)數(shù)字信號走到模擬地線區(qū)域時(shí)，就會產(chǎn)生地平面回流噪聲。
◆ 斷點(diǎn)，是信號線上阻抗突然改變的點(diǎn)。如用過孔（via）將信號輸送到板子的另一側(cè)，板間的垂直金屬部分是不可控阻抗，這樣的部分越多，線上不可控阻抗的總量就越大。這會增大反射。還有，從水平方向變?yōu)榇怪狈较虻?0°的拐點(diǎn)是一個(gè)斷點(diǎn)，會產(chǎn)生反射。如果這樣的過孔不能避免，那么盡量減少它的出現(xiàn)。
在一定程度上，我們只能減弱因電源不完整帶來的系列不良結(jié)果，一般會從降低信號線的串繞、加去耦電容、盡量提供完整的接地層等措施著手。
4 EMC
EMC包括電磁干擾和電磁抗干擾兩個(gè)部分。
一般數(shù)字電路EMS能力較強(qiáng)，但是EMI較大。電磁兼容技術(shù)的控制干擾，在策略上采用了主動(dòng)預(yù)防、整體規(guī)劃和“對抗”與“疏導(dǎo)”相結(jié)合的方針。
主要的EMC設(shè)計(jì)規(guī)則有：
① 20H規(guī)則。PowerPlane（電源平面）板邊緣小于其與GroundPlane（地平面）間距的20倍。
② 接地面處理。接地平面具有電磁學(xué)上映象平面(ImagePlane) 的作用。若信號線平行相鄰于接地面，可產(chǎn)生映像電流抵消信號電流所造成的輻射場。PCB上的信號線會與相鄰的接地平面形成微波工程中常見的Micro-strip Line（微帶線）或Strip Line（帶狀線）結(jié)構(gòu)，電磁場會集中在PCB的介質(zhì)層中，減低電磁輻射。
因?yàn)?，Strip Line的EMI性能要比Micro-strip Line的性能好。所以，一些輻射較大的走線，如時(shí)鐘線等，最好走成Strip Line結(jié)構(gòu)。
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