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[原創(chuàng)]高速電路設(shè)計(jì)/信號(hào)完整性的一些基本概念[中國PCB論壇網(wǎng)]

 ekylin 2005-12-03
高速電路設(shè)計(jì)/信號(hào)完整性的一些基本概念
1.信號(hào)完整性(Signal Integrity):就是指電路系統(tǒng)中信號(hào)的質(zhì)量,,如果在要求的時(shí)間內(nèi),,信號(hào)能不失真地從源端傳送到接收端,我們就稱該信號(hào)是完整的,。
2.傳輸線(Transmission Line):由兩個(gè)具有一定長(zhǎng)度的導(dǎo)體組成回路的連接線,,我們稱之為傳輸線,有時(shí)也被稱為延遲線,。
3.集總電路(Lumped circuit):在一般的電路分析中,,電路的所有參數(shù),如阻抗,、容抗,、感抗都集中于空間的各個(gè)點(diǎn)上,各個(gè)元件上,,各點(diǎn)之間的信號(hào)是瞬間傳遞的,,這種理想化的電路模型稱為集總電路。
4.分布式系統(tǒng)(Distributed System):實(shí)際的電路情況是各種參數(shù)分布于電路所在空間的各處,,當(dāng)這種分散性造成的信號(hào)延遲時(shí)間與信號(hào)本身的變化時(shí)間相比已不能忽略的時(shí)侯,,整個(gè)信號(hào)通道是帶有電阻、電容,、電感的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò),這就是一個(gè)典型的分布參數(shù)系統(tǒng),。
5.上升/下降時(shí)間(Rise/Fall Time):信號(hào)從低電平跳變?yōu)楦唠娖剿枰臅r(shí)間,,通常是量度上升/下降沿在10%-90%電壓幅值之間的持續(xù)時(shí)間,記為Tr,。
6.截止頻率(Knee Frequency):這是表征數(shù)字電路中集中了大部分能量的頻率范圍(0.5/Tr),,記為Fknee,一般認(rèn)為超過這個(gè)頻率的能量對(duì)數(shù)字信號(hào)的傳輸沒有任何影響,。
7.特征阻抗(Characteristic Impedance):交流信號(hào)在傳輸線上傳播中的每一步遇到不變的瞬間阻抗就被稱為特征阻抗,,也稱為浪涌阻抗,,記為Z0??梢酝ㄟ^傳輸線上輸入電壓對(duì)輸入電流的比率值(V/I)來表示,。
8.傳輸延遲(Propagation delay):指信號(hào)在傳輸線上的傳播延時(shí),與線長(zhǎng)和信號(hào)傳播速度有關(guān),,記為tPD,。
9.微帶線(Micro-Strip):指只有一邊存在參考平面的傳輸線。
10.帶狀線(Strip-Line):指兩邊都有參考平面的傳輸線,。
11.趨膚效應(yīng)(Skin effect):指當(dāng)信號(hào)頻率提高時(shí),,流動(dòng)電荷會(huì)漸漸向傳輸線的邊緣靠近,甚至中間將沒有電流通過,。與此類似的還有集束效應(yīng),,現(xiàn)象是電流密集區(qū)域集中在導(dǎo)體的內(nèi)側(cè)。
12.反射(Reflection):指由于阻抗不匹配而造成的信號(hào)能量的不完全吸收,,發(fā)射的程度可以有反射系數(shù)ρ表示,。
13.過沖/下沖(Over shoot/under shoot):過沖就是指接收信號(hào)的第一個(gè)峰值或谷值超過設(shè)定電壓——對(duì)于上升沿是指第一個(gè)峰值超過最高電壓;對(duì)于下降沿是指第一個(gè)谷值超過最低電壓,,而下沖就是指第二個(gè)谷值或峰值,。
14.振蕩:在一個(gè)時(shí)鐘周期中,反復(fù)的出現(xiàn)過沖和下沖,我們就稱之為振蕩。振蕩根據(jù)表現(xiàn)形式可分為振鈴(Ringing)和環(huán)繞振蕩,,振鈴為欠阻尼振蕩,而環(huán)繞振蕩為過阻尼振蕩,。
匹配(Termination):指為了消除反射而通過添加電阻或電容器件來達(dá)到阻抗一致的效果。因?yàn)橥ǔ2捎迷谠炊嘶蚪K端,,所以也稱為端接,。
15.串?dāng)_:串?dāng)_是指當(dāng)信號(hào)在傳輸線上傳播時(shí),因電磁耦合對(duì)相鄰的傳輸線產(chǎn)生的不期望的電壓噪聲干擾,,這種干擾是由于傳輸線之間的互感和互容引起的,。
信號(hào)回流(Return current):指伴隨信號(hào)傳播的返回電流。
16.自屏蔽(Self shielding):信號(hào)在傳輸線上傳播時(shí),,靠大電容耦合抑制電場(chǎng),,靠小電感耦合抑制磁場(chǎng)來維持低電抗的方法稱為自屏蔽。
17.前向串?dāng)_(Forward Crosstalk):指干擾源對(duì)犧牲源的接收端產(chǎn)生的第一次干擾,,也稱為遠(yuǎn)端干擾(Far-end crosstalk),。
18.后向串?dāng)_(Forward Crosstalk):指干擾源對(duì)犧牲源的發(fā)送端產(chǎn)生的第一次干擾,也稱為近端干擾(Near-end crosstalk),。
19.屏蔽效率(SE):是對(duì)屏蔽的適用性進(jìn)行評(píng)估的一個(gè)參數(shù),,單位為分貝。
吸收損耗:吸收損耗是指電磁波穿過屏蔽罩的時(shí)候能量損耗的數(shù)量,。
20.反射損耗:反射損耗是指由于屏蔽的內(nèi)部反射導(dǎo)致的能量損耗的數(shù)量,,他隨著波阻和屏蔽阻抗的比率而變化,。
21.校正因子:表示屏蔽效率下降的情況的參數(shù),由于屏蔽物吸收效率不高,,其內(nèi)部的再反射會(huì)使穿過屏蔽層另一面的能量增加,,所以校正因子是個(gè)負(fù)數(shù),而且只使用于薄屏蔽罩中存在多個(gè)反射的情況分析,。
22.差模EMI:傳輸線上電流從驅(qū)動(dòng)端流到接收端的時(shí)候和它回流之間耦合產(chǎn)生的EMI,,就叫做差模EMI。
23.共模EMI:當(dāng)兩條或者多條傳輸線以相同的相位和方向從驅(qū)動(dòng)端輸出到接收端的時(shí)候,,就會(huì)產(chǎn)生共模輻射,,既共模EMI。
24.發(fā)射帶寬:即最高頻率發(fā)射帶寬,,當(dāng)數(shù)字集成電路從邏輯高低之間轉(zhuǎn)換的時(shí)候,,輸出端產(chǎn)生的方波信號(hào)頻率并不是導(dǎo)致EMI的唯一成分。該方波中包含頻率范圍更寬廣的正弦諧波分量,,這些正弦諧波分量是工程師所關(guān)心的EMI頻率成分,,而最高的EMI頻率也稱為EMI的發(fā)射帶寬。
25.電磁環(huán)境:存在于給定場(chǎng)所的所有電磁現(xiàn)象的總和,。
26.電磁騷擾:任何能引起裝置,、設(shè)備或系統(tǒng)性能降低或者對(duì)有生命或者無生命物質(zhì)產(chǎn)生損害作用的電磁現(xiàn)象。
27.電磁干擾:電磁騷擾引起設(shè)備,、傳輸通道和系統(tǒng)性能的下降,。
28.電磁兼容性:設(shè)備或者系統(tǒng)在電磁環(huán)境中能正常工作且不對(duì)該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力。
29.系統(tǒng)內(nèi)干擾:系統(tǒng)中出現(xiàn)由本系統(tǒng)內(nèi)部電磁騷擾引起的電磁干擾,。
30.系統(tǒng)間干擾:有其他系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁干擾對(duì)一個(gè)系統(tǒng)造成的電磁干擾,。
31.靜電放電:具有不同靜電電位的物體相互接近或者接觸時(shí)候而引起的電荷轉(zhuǎn)移。
建立時(shí)間(Setup Time):建立時(shí)間就是接收器件需要數(shù)據(jù)提前于時(shí)鐘沿穩(wěn)定存在于輸入端的時(shí)間,。
32.保持時(shí)間(Hold Time):為了成功的鎖存一個(gè)信號(hào)到接收端,,器件必須要求數(shù)據(jù)信號(hào)在被時(shí)鐘沿觸發(fā)后繼續(xù)保持一段時(shí)間,以確保數(shù)據(jù)被正確的操作,。這個(gè)最小的時(shí)間就是我們說的保持時(shí)間,。
33.飛行時(shí)間(Flight Time):指信號(hào)從驅(qū)動(dòng)端傳輸?shù)浇邮斩耍⑦_(dá)到一定的電平之間的延時(shí),,和傳輸延遲和上升時(shí)間有關(guān),。
34.Tco:是指器件的輸入時(shí)鐘邊緣觸發(fā)有效到輸出信號(hào)有效的時(shí)間差,這是信號(hào)在器件內(nèi)部的所有延遲總和,,一般包括邏輯延遲和緩沖延遲。緩沖延遲(buffer delay):指信號(hào)經(jīng)過緩沖器達(dá)到有效的電壓輸出所需要的時(shí)間
35.時(shí)鐘抖動(dòng)(Jitter):時(shí)鐘抖動(dòng)是指時(shí)鐘觸發(fā)沿的隨機(jī)誤差,,通??梢杂脙蓚€(gè)或多個(gè)時(shí)鐘周期之間的差值來量度,,這個(gè)誤差是由時(shí)鐘發(fā)生器內(nèi)部產(chǎn)生的,和后期布線沒有關(guān)系,。
36.時(shí)鐘偏移(Skew):是指由同樣的時(shí)鐘產(chǎn)生的多個(gè)子時(shí)鐘信號(hào)之間的延時(shí)差異,。
假時(shí)鐘: 假時(shí)鐘是指時(shí)鐘越過閾值(threshold)無意識(shí)地改變了狀態(tài)(有時(shí)在VIL 或VIH之間)。通常由于過分的下沖(undershoot)或串?dāng)_(crosstalk)引起,。
37.電源完整性(Power Integrity): 指電路系統(tǒng)中的電源和地的質(zhì)量,。
38.同步開關(guān)噪聲(Simultaneous Switch Noise):指當(dāng)器件處于開關(guān)狀態(tài),產(chǎn)生瞬間變化的電流(di/dt),,在經(jīng)過回流途徑上存在的電感時(shí),,形成交流壓降,從而引起噪聲,,簡(jiǎn)稱SSN,。也稱為Δi噪聲。
39.地彈(Ground Bounce):指由于封裝電感而引起地平面的波動(dòng),,造成芯片地和系統(tǒng)地不一致的現(xiàn)象,。同樣,如果是由于封裝電感引起的芯片和系統(tǒng)電源差異,,就稱為電源反彈(Power Bounce),。

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