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数字电路设计
v 关于高速数字电路的电气特性,设计重点大略可分为三项 :
O 正时 (Timing) :
由于数字电路大多依据时脉信号来做信号间的同步工作,因此时脉
作,严格的控制线长,基版材质等都成为重要的工作。
O 信号品质(Signal Quality) :
高速电路已不能用传统的电路学来解释。随着频率变高,信号线长已逐渐逼近电磁波长,此时诸如传输线原理(Transmission
Line) 的分布电路 (Distribute circuit) 的概念,需加以引进才能解释并改进信号量测时所看到的缺陷。
O 电磁干扰(EMI) :
需防范电路板的电磁波过强而干扰到其它的电路讯号。
Outline
v 传输速度的计算
v 信号品质
v 阻抗不匹配
传输速度的计算
就传输线 a 点至 b 点,我们都必须计算讯号在电路板上的传导速度才行,但这又和许多系数息息相关,包括导体(通常为铜
箔)的厚度与宽度,基板厚度与其材质的电介系数(Permittivity)。尤其以基板的电介系数的影响最大,一
基板电介系数的平方根成反比。
以常见的FR-4 而言,其电介系数随着频率而改变,其公式如下 : =4.97-0.257 log
以 Pentium II 的时脉信号为例,其上升或下降缘速率典型值约在 2V/ns,对 2.5V 的时脉信号而言,从 10%到 90%的信号水
平约需1ns的时间,依公式 :
BW=0.35/
可知频宽为350MHZ。代入公式可知电介系数大约是4.57。
如果传导的是两片无穷大的导体所组成的完美传输线,那么传输的速度应为5.43 inch/ns。
但对电路板这种信号线(Trace)远比接地层要细长的情况,则可以用微条(Micro strip)或条线(Strip line)的模型来估算。对于走
在外层的信号线,以微条的公式 :
inch/ns
可得知其传输速度约为6.98 inch/ns
对于走内层的信号线,以条线的公式 :
inch/ns
可得知其传输速度约为5.50 inch/ns
除此之外,也不要忽视贯穿孔(Via)的影响。一个贯穿孔会造成24 ps左右的延迟,举例而言,时脉产生器到芯片A的时脉线
长为12 inch,并打了4个贯穿孔;到B 为 7 inch,没有贯穿孔,则两者之间的时脉歪斜为(12-7)/6.98+(0.024X4)=0.81 ns。 |