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[设计与测试]【pdf】【642k】高速数字电路设计及EMC设计

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0楼发表于: 2008-10-07 19:55:56

目  录
1. 高速数字电路设计.......................................................................................................................... 5
1.1 何谓高速数字信号？.................................................................................................................. 5
1.2 微带线、带状线的概念.............................................................................................................. 5
1.2.1 微带线（Microstrip）...................................................................................................... 5
1.2.2 带状线（Stripline）......................................................................................................... 6
1.2.3 经验数据........................................................................................................................... 6
1.2.4 同轴线（coaxial cable）.................................................................................................. 6
1.2.5 双绞线（twisted-pair cable）.......................................................................................... 7
1.2.6 等间隔的电容负载的影响............................................................................................... 7
1.3  常见高速电路............................................................................................................................. 8
1.3.1 ECL（Emitter Coupled Logic）电路............................................................................... 8
1.3.2 CML（Current Mode Logic）电路................................................................................. 9
1.3.3 GTL（Gunning Transceiver Logic）电路..................................................................... 10
1.3.4 BTL（Backplane Transceiver Logic）电路................................................................... 10
1.3.5 TTL（Transistor Transistor Logic）电路...................................................................... 11
1.3.6  模数转换电路—线接收器............................................................................................ 12
1.4  常见电路匹配措施................................................................................................................... 12
1.4.1 反射................................................................................................................................. 12
1.4.2 终端匹配......................................................................................................................... 13
1.4.3 始端匹配......................................................................................................................... 15
1.5  高速电路设计一般原则和调试方法....................................................................................... 16
1.5.1 同步逻辑设计................................................................................................................. 16
1.5.2 了解选用器件的输入、输出结构，选用恰当的匹配电路；在考虑节省功耗，电路  又
能容许的情况下，可适当地引入失配。.............................................................................. 19
1.5.3 对极高速率（300MHz 以上）的信号，一般建议选用互补逻辑，以降低对电源的要
求。.......................................................................................................................................... 19
1.5.4 了解每一根高速信号电流的流向（电流环）............................................................. 19
1.5.5 信号的布线、电源和地层的分割，是否符合微带线、带状线的要求？高速信号要
有回路地相配（不是屏蔽地）.............................................................................................. 19
1.5.6 电源滤波......................................................................................................................... 19
1.5.7 对很高速度的信号要估算其走线延迟。..................................................................... 19
1.5.8 在满足速度要求的前提下，尽量选用工作速率低的器件。..................................... 19
1.5.9 差分线尽量靠近走线..................................................................................................... 19
1.5.10 测试方法：选择有 50Ω输入的高速示波器，一般自制一个探头，测量点应尽量靠
近所观察的位置或者需要该信号的实际位置。一般不建议测输出端的信号波形，与实际
  2使用的位置有一定差别。...................................................................................................... 19
1.5.11 ringing, crosstalk, radiated noise —— 数字系统的三种噪声.................................... 19
1.5.12 数字信号的绝大部分能量（功率谱密度）集中在fknee之内..................................... 19
1.5.13  延时：FR4  PCB，outer trace: 140~180 ps/inch      inner trace: 180 ps/inch .......... 20
    1.5.14 集总参数与分布参数系统.......................................................................................... 20
1.5.15  互感、耦合电容的作用（干扰）.............................................................................. 20
1.5.16 ECL电路的上升时间、下降时间的计算.................................................................. 20
1.5.17  在数字系统中，耦合电容引起的串扰比起互感引起的串扰要小。...................... 21
1.5.18  传输通道包括器件封装、PCB布局、连接器，至少在fknee的范围内要有平坦的频
响，以保证信号不失真，否则信号在收端可能会遇到上升时间劣化、过冲、振铃、lump
等现象。.................................................................................................................................. 21
1.5.19  阻容负载对电流变化的作用...................................................................................... 21
1.5.20  噪声容限（noise immunity）：以 10H189 器件为例................................................ 22
    1.5.21 地反弹（ground  bounce）....................................................................................... 23
1.5.22  寄生电容 Stray Capacitance 的影响：对于高输入阻抗电路影响尤为严重........... 23
1.5.23  示波器探针的电气模型.............................................................................................. 24
1.5.24 21:1 探针：................................................................................................................... 25
1.5.25  趋肤效应（skin effect）：在高频时导线表面附近的电流密度加大，而中心部分的
电流密度减小。趋肤效应使得导线对高频信号的衰减增大。趋肤效应的频率与导体的材
料有关。.................................................................................................................................. 25
1.5.26  对低频信号，电流流经电阻最小的路径；对高频信号，回流路径的电感远比其电
阻重要，高频电流流经电感最小的路径，而非电阻最小的路径。最小电感回流路径正好
在信号导线的下面，以减小流出和流入电流通路间的环路面积。.................................. 25
1.5.27  负载电容对上升时间的影响...................................................................................... 26
1.5.28  直流匹配和交流匹配的功耗比较.............................................................................. 27
1.5.29  电源系统设计原则...................................................................................................... 27
1.5.30 TTL和 ECL 的混合系统要注意................................................................................. 27
1.5.31  电源线上的电磁辐射防护.......................................................................................... 28
1.5.32  旁路电容的选取和安装：.......................................................................................... 28
1.5.33  连接器对高速系统的影响.......................................................................................... 28
1.5.34  总线：.......................................................................................................................... 30
2、电磁兼容性（Electromagnetic Compatibility）........................................................................... 32
2.1  关于电磁兼容性的基本原理................................................................................................... 32
2.1.1 下面的电路布局有什么问题？..................................................................................... 32
2.1.2  走线可穿过回流平面的缝隙吗？No！....................................................................... 33
2.1.3 走线的电感和电容......................................................................................................... 33
2.1.4 接地的作用：................................................................................................................. 34
2.1.5  信号参考点应在何处接至基底(chassis) ...................................................................... 35
2.1.6 周期信号........................................................................................................................ 36
  32.1.7 EMC 三要素................................................................................................................... 36
2.1.8 共模和差模..................................................................................................................... 38
2.1.9  减小噪声的措施............................................................................................................ 39
2.2  信号完整性――减小串扰和信号畸变................................................................................... 39
2.2.1.......................................................................................................................................... 39
2.2.2  屏蔽................................................................................................................................ 40
2.2.3  信号畸变........................................................................................................................ 41
2.3  通过滤波减小直流电源噪声................................................................................................... 41
2.3.1.......................................................................................................................................... 42
2.3.2 If DC power planes can’t be used, then lumped decoupling capacitors must be sized and
placed correctly. ....................................................................................................................... 42
2.3.3  多层 PCB、表贴电容，串联电感在何处？................................ ..

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