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高速PCB 布线和电路设计

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xch|  楼主 | 2024-12-4 22:55 | 显示全部楼层 |阅读模式
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首先纠正一个普遍存在于电工界的错误概念:以为电能是通过导体传播的。
前苏联教授就因为这个错误鄙视了全中国师生。其实正确的概念是通过绝缘体传播电能。

下图是个50特征阻抗传输延时333ps , 负载为一个2pF电容的模型,信号方波脉冲,1nS 的脉冲沿.
954367506bcbc0a7e.png

仿真后,看到在负载电容上严重振铃。3.3V 集成电路可以接受0.3V 的振铃。所以这种电路传输脉冲信号的后果很严重。
675667506cfdeffaf.png
放大后的振铃波形
2915967506d48037ce.png

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xch|  楼主 | 2024-12-4 23:01 | 显示全部楼层
在信号源端串联一个33Ω电阻改善。

4953067506dd253bba.png

仿真结果:
5630567506e1d6ebd3.png
可以看到改善不小
局部放大振铃波形:
6011167506e7fd908b.png
还能看到不小于0.3V 的振铃波形

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xch|  楼主 | 2024-12-4 23:06 | 显示全部楼层
修改串联的电阻R1,让它等于传输线特征阻抗:

3469467506f2c8bb67.png

查看C1上电压波形,见证奇迹的时刻来了:
2354667506fa5d2390.png
放大波形上升沿:
2871867506ffbc55a8.png
完美。



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xch|  楼主 | 2024-12-4 23:14 | 显示全部楼层
继续加大电阻R1 为100Ω
2898367507131e3e5b.png
输出波形依然不错。没有振铃。
47028675071794e00c.png

局部放大脉冲上升沿,发现上升沿缓慢了。
79927675071bf3379e.png
783626750715bdef74.png

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xch|  楼主 | 2024-12-4 23:20 | 显示全部楼层
奇葩地把R1 电阻改到负载电容C1 一端
907367507288ad608.png
奇葩结果出现了:
561246750730f523e9.png

再放大奇葩波形:

4095467507349a40f0.png

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xch|  楼主 | 2024-12-4 23:28 | 显示全部楼层
总结:

高速布线时,传输线特征阻抗必须等于信号源阻抗。
如果信号源阻抗小于传输线阻抗才需要在信号源端串联一个补偿电阻。

以上仅考虑简单模型这种特例。实际情况下会有些偏差。

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xch|  楼主 | 2024-12-4 23:30 | 显示全部楼层
PCB 传输线的传输速度主要被绝缘板影响,其次受临近导体影响。
可以使用KICAD 的计算器计算。它的计算结果还是相当靠谱的。

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瞎折腾| | 2024-12-5 09:50 | 显示全部楼层
好帖不错

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大大财迷| | 2024-12-6 12:55 | 显示全部楼层
xch 发表于 2024-12-4 23:30
PCB 传输线的传输速度主要被绝缘板影响,其次受临近导体影响。
可以使用KICAD 的计算器计算。它的计算结果 ...

已关注。求仿真软件,大师

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大大财迷 2024-12-7 08:33 回复TA
@xch :谢谢 
xch 2024-12-6 14:53 回复TA
https://www.qorvo.com/design-hub/design-tools/interactive/qspice/ 
xch 2024-12-6 14:52 回复TA
QSPICE 
xionghaoyun| | 2024-12-6 13:49 | 显示全部楼层
阻抗匹配

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xch 2024-12-6 14:54 回复TA
不是阻抗匹配。 
blade55| | 2024-12-19 22:15 | 显示全部楼层
这是由于高速信号在传输过程中,由于阻抗不匹配造成的振铃现象。

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xch 2024-12-20 09:13 回复TA
负载只是个电容,请问如何匹配?信口开河 
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