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高速電路傳輸線效應(yīng)和信號(hào)完整性問(wèn)題分析

作者: 時(shí)間:2010-12-11 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

隨著系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜性和集成度的大規(guī)模提高,電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)師們正在從事100MHZ以上的設(shè)計(jì),總線的工作頻率也已經(jīng)達(dá)到或者超過(guò)50MHZ,有一大部分甚至超過(guò)100MHZ。目前約80% 的設(shè)計(jì)的時(shí)鐘頻率超過(guò)50MHz,將近50% 以上的設(shè)計(jì)主頻超過(guò)120MHz,有20%甚至超過(guò)500M。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/180144.htm

當(dāng)系統(tǒng)工作在50MHz時(shí),將產(chǎn)生;而當(dāng)系統(tǒng)時(shí)鐘達(dá)到120MHz時(shí),除非使用設(shè)計(jì)知識(shí),否則基于傳統(tǒng)方法設(shè)計(jì)的PCB將無(wú)法工作。因此,質(zhì)量仿真已經(jīng)成為電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)師必須采取的設(shè)計(jì)手段。只有通過(guò)電路仿真和先進(jìn)的物理設(shè)計(jì)軟件,才能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過(guò)程的可控性。

基于上述定義的線模型,歸納起來(lái),傳輸線會(huì)對(duì)整個(gè)電路設(shè)計(jì)帶來(lái)以下。
· 反射Reflected signals
· 延時(shí)和時(shí)序錯(cuò)誤Delay Timing errors
· 過(guò)沖(上沖/下沖)Overshoot/Undershoot
· 串?dāng)_Induced Noise (or crosstalk)
· 電磁輻射EMI radiation

1 反射信號(hào)

在高速電路中,信號(hào)的傳輸如上圖所示,如果一根走線沒(méi)有被正確終結(jié)(終端匹配),那么來(lái)自于驅(qū)動(dòng)端的信號(hào)脈沖在接收端被反射,從而引發(fā)不可預(yù)期效應(yīng),使信號(hào)輪廓失真。當(dāng)失真變形非常顯著時(shí)可導(dǎo)致多種錯(cuò)誤,引起設(shè)計(jì)失敗。同時(shí),失真變形的信號(hào)對(duì)噪聲的敏感性增加了,也會(huì)引起設(shè)計(jì)失敗。如果上述情況沒(méi)有被足夠考慮,EMI將顯著增加,這就不單單影響自身設(shè)計(jì)結(jié)果,還會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)的失敗。

反射信號(hào)產(chǎn)生的主要原因:過(guò)長(zhǎng)的走線;未被匹配終結(jié)的傳輸線,過(guò)量電容或電感以及阻抗失配。

2 延時(shí)和時(shí)序錯(cuò)誤

信號(hào)延時(shí)和時(shí)序錯(cuò)誤表現(xiàn)為:信號(hào)在邏輯電平的高與低門(mén)限之間變化時(shí)保持一段時(shí)間信號(hào)不跳變。過(guò)多的信號(hào)延時(shí)可能導(dǎo)致時(shí)序錯(cuò)誤和器件功能的混亂。

通常在有多個(gè)接收端時(shí)會(huì)出現(xiàn)。電路設(shè)計(jì)師必須確定最壞情況下的時(shí)間延時(shí)以確保設(shè)計(jì)的正確性。信號(hào)延時(shí)產(chǎn)生的原因:驅(qū)動(dòng)過(guò)載,走線過(guò)長(zhǎng)。

3 過(guò)沖

過(guò)沖來(lái)源于走線過(guò)長(zhǎng)或者信號(hào)變化太快兩方面的原因。雖然大多數(shù)元件接收端有輸入保護(hù)二極管保護(hù),但有時(shí)這些過(guò)沖電平會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)元件電源電壓范圍,損壞元器件。

4 串?dāng)_

串?dāng)_表現(xiàn)為在一根信號(hào)線上有信號(hào)通過(guò)時(shí),在PCB板上與之相鄰的信號(hào)線上就會(huì)感應(yīng)出相關(guān)的信號(hào),我們稱(chēng)之為串?dāng)_。

信號(hào)線距離地線越近,線間距越大,產(chǎn)生的串?dāng)_信號(hào)越小。異步信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)更容易產(chǎn)生串?dāng)_。因此解串?dāng)_的方法是移開(kāi)發(fā)生串?dāng)_的信號(hào)或屏蔽被嚴(yán)重干擾的信號(hào)。

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