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　　本文是關(guān)于在印刷電路板 (PCB) 開(kāi)發(fā)階段使用數(shù)字輸入/輸出緩沖信息規(guī)范 (IBIS) 模擬模型的文章。本文將介紹如何使用一個(gè) IBIS 模型來(lái)提取一些重要的變量，用于信號(hào)完整性計(jì)算和確定 PCB 設(shè)計(jì)解決方案。請(qǐng)注意，該提取值是 IBIS 模型不可或缺的組成部分。

　　圖 1 錯(cuò)配端接阻抗 PCB 裝置

　　信號(hào)完整性問(wèn)題

　　當(dāng)觀察傳輸線兩端的數(shù)字信號(hào)時(shí)，設(shè)計(jì)人員會(huì)吃驚于將信號(hào)驅(qū)動(dòng)至某條 PCB 線跡時(shí)出現(xiàn)的結(jié)果。通過(guò)相對(duì)較長(zhǎng)的距離，相比瞬時(shí)變化信號(hào)，電信號(hào)更像行波。描述電路板上電波行為的較好模擬是池中波 (wave in a pool)。紋波穿過(guò)池順利傳播，因?yàn)轶w積相同的兩組水具有相同的“阻抗”。然而，池壁的阻抗差異明顯，并以相反方向反射波。注入 PCB 線跡的電信號(hào)也出現(xiàn)相同的現(xiàn)象，其在阻抗錯(cuò)配時(shí)以類似方式反射。圖 1 顯示了錯(cuò)配端接阻抗的一個(gè) PCB 裝置。微控制器即 TI MSP430? 向 TI ADS8326 ADC 發(fā)送一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，其將轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)發(fā)送回 MSP430。圖 2 顯示了該裝置中阻抗錯(cuò)配所形成的反射。這些反射在傳輸線跡上引起信號(hào)完整性問(wèn)題。讓一端或者兩端的 PCB 線跡電阻抗相匹配可極大地減少反射。

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　　圖 2 圖 1 中錯(cuò)配端接阻抗促發(fā)反射

　　要解決系統(tǒng)電阻抗匹配問(wèn)題，設(shè)計(jì)人員需要理解集成電路 (IC) 的阻抗特性，以及起到傳輸線跡作用的 PCB 線跡的阻抗特性。知道這些特性，讓設(shè)計(jì)人員能夠?qū)⒏鬟B接單元建模為分布式傳輸線跡。

　　傳輸線跡為各種電路服務(wù)，從單端和差分端器件到開(kāi)漏輸出器件。本文主要介紹單端傳輸線跡，其驅(qū)動(dòng)器有一個(gè)推拉輸出電路設(shè)計(jì)。圖 3 顯示了用于設(shè)計(jì)該舉例傳輸線跡的各組成部分。

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　　圖 3 實(shí)例單端傳輸線電路

　　另外，還需要如下 IC 引腳規(guī)范：

　　發(fā)送器輸出電阻 ZT (Ω)

　　發(fā)送器上升時(shí)間tRise和下降時(shí)間tFall(秒)

　　接收機(jī)輸入電阻ZR (Ω)

　　接收機(jī)引腳電容值CR_Pin (F)

　　這些規(guī)范一般沒(méi)有在 IC 制造廠商的產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中。正如這篇文章將要講到的那樣，所有這些值均可以在設(shè)計(jì) PCB 和使用模型模擬 PCB 傳輸線跡的過(guò)程中，通過(guò) IC 的 IBIS 模型獲得。

　　利用下列參數(shù)定義傳輸線跡：

　　特性阻抗Z0 (Ω)

　　傳播延遲 D(ps/英寸)

　　線跡傳播延遲tD (ps)

　　線跡長(zhǎng)度 LENGTH(英寸)

　　根據(jù)具體的 PCB 設(shè)計(jì)，該變量清單可能會(huì)更長(zhǎng)。例如，PCB 設(shè)計(jì)可以有一個(gè)帶多個(gè)傳輸/接收機(jī)點(diǎn)的底板。3所有傳輸線跡值均取決于特定的 PCB。一般而言，F(xiàn)R-4 板的 Z0 范圍為 50 到 75Ω，而 D 的范圍為 140 到 180 ps/英寸。Z0 和 D 的實(shí)際值取決于實(shí)際傳輸線跡的材料和物理尺寸。4特定板的線跡傳播延遲可以計(jì)算為：

　　tD=D × LENGTH。(1)

　　就 FR-4 板而言，線狀線的合理傳播延遲(請(qǐng)參見(jiàn)圖 4)為 178 ps/英寸，并且特性阻抗為 50Ω。通過(guò)測(cè)量線跡的導(dǎo)線電感和電容，并將這些值插入到下列方程式中，我們可以在板上驗(yàn)證這一結(jié)果：

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　　CTR 為法拉/英寸為單位的線跡導(dǎo)線電容;LTR 為享/英寸為單位的線跡導(dǎo)線電感;85 ps/英寸為空氣介電常數(shù);而 er 為材料介電常數(shù)。例如，如果微波傳輸帶-板導(dǎo)線電容為 2.6 pF/英寸，則導(dǎo)線電感為 6.4 nH/英寸，而 D="129" ps/英寸，Z0=49.4Ω。

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　　圖 4 微帶板與帶狀線板橫截面

　　集總式電路與分布式電路對(duì)比

　　傳輸線一經(jīng)定義，下一個(gè)步驟便是確定電路布局代表集總式系統(tǒng)還是分布式系統(tǒng)。一般而言，集總式系統(tǒng)體積較小，而分布式電路則要求更多的板空間。小型電路具備有效的長(zhǎng)度 (LENGTH)，其在信號(hào)方面比最快速電氣特性要小。要成為合格的集總式系統(tǒng)，PCB 上的電路必須要滿足如下要求：

(5)

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　　其中，tRise 為以秒為單位的上升時(shí)間。

　　在 PCB 上實(shí)施一個(gè)集總式電路以后，端接策略便不是問(wèn)題了。根本上而言，我們假設(shè)傳送至傳輸導(dǎo)線中的驅(qū)動(dòng)器信號(hào)瞬間到達(dá)接收機(jī)。