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高速電路設(shè)計(jì)和信號(hào)完整性的知識(shí)分享

電子設(shè)計(jì) ? 來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng) ? 作者:佚名 ? 2018-01-08 17:26 ? 次閱讀

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(chēng)該信號(hào)是完整的。

2、傳輸線(xiàn)(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(xiàn),我們稱(chēng)之為傳輸線(xiàn),有時(shí)也被稱(chēng)為延遲線(xiàn)。

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(chēng)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T(mén)r。

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(guò)這個(gè)頻率的能量對(duì)數(shù)字信號(hào)的傳輸沒(méi)有任何影響。

7、特征阻抗(Characteristic Impedance):交流信號(hào)在傳輸線(xiàn)上傳播中的每一步遇到不變的瞬間阻抗就被稱(chēng)為特征阻抗,也稱(chēng)為浪涌阻抗,記為Z0??梢酝ㄟ^(guò)傳輸線(xiàn)上輸入電壓對(duì)輸入電流的比率值(V/I)來(lái)表示。

8、傳輸延遲(Propagation delay):指信號(hào)在傳輸線(xiàn)上的傳播延時(shí),與線(xiàn)長(zhǎng)和信號(hào)傳播速度有關(guān),記為tPD。

9、微帶線(xiàn)(Micro-Strip):指只有一邊存在參考平面的傳輸線(xiàn)。

10、帶狀線(xiàn)(Strip-Line):指兩邊都有參考平面的傳輸線(xiàn)。

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(xiàn)的邊緣靠近,甚至中間將沒(méi)有電流通過(guò)。與此類(lèi)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(guò)沖/下沖(Over shoot/under shoot):過(guò)沖就是指接收信號(hào)的第一個(gè)峰值或谷值超過(guò)設(shè)定電壓——對(duì)于上升沿是指第一個(gè)峰值超過(guò)最高電壓;對(duì)于下降沿是指第一個(gè)谷值超過(guò)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(guò)沖和下沖,我們就稱(chēng)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(guò)阻尼振蕩。

15、匹配(Termination):指為了消除反射而通過(guò)添加電阻或電容器件來(lái)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(chēng)為端接。

16、振鈴:1、振鈴效應(yīng)(Ringingeffect)就是影響復(fù)原圖像質(zhì)量的眾多因素之一,其典型表現(xiàn)是在圖像灰度劇烈變化的臨域出現(xiàn)類(lèi)吉布斯(Gibbs)分布的震蕩。2、振鈴現(xiàn)象,來(lái)源于變壓器漏感和寄生電容引起的阻尼振蕩。由于變壓器的初級(jí)有漏感,當(dāng)電源開(kāi)關(guān)管由飽和導(dǎo)通到截止關(guān)斷時(shí)會(huì)產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì),反電動(dòng)勢(shì)又會(huì)對(duì)變壓器初級(jí)線(xiàn)圈的分布電容進(jìn)行充放電,從而產(chǎn)生阻尼振蕩,即產(chǎn)生振鈴。變壓器初級(jí)漏感產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)的電壓幅度一般都很高,其能量也很大,如不采取保護(hù)措施,反電動(dòng)勢(shì)一般都會(huì)把電源開(kāi)關(guān)管擊穿,同時(shí)反電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的阻尼振蕩還會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁輻射,不但對(duì)機(jī)器本身造成嚴(yán)重干擾,對(duì)機(jī)器周邊環(huán)境也會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁干擾。

17、串?dāng)_:串?dāng)_是指當(dāng)信號(hào)在傳輸線(xiàn)上傳播時(shí),因電磁耦合對(duì)相鄰的傳輸線(xiàn)產(chǎn)生的不期望的電壓噪聲干擾,這種干擾是由于傳輸線(xiàn)之間的互感和互容引起的。

18、信號(hào)回流(Return current):指伴隨信號(hào)傳播的返回電流。

19、自屏蔽(Self shielding):信號(hào)在傳輸線(xiàn)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(lái)維持低電抗的方法稱(chēng)為自屏蔽。

20、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(chēng)為遠(yuǎn)端干擾(Far-end crosstalk)。

21、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(chēng)為近端干擾(Near-end crosstalk)。

22、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(guò)屏蔽罩的時(shí)候能量損耗的數(shù)量。

23、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。

24、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(guò)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。

25、差模EMI:傳輸線(xiàn)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。

26、共模EMI:當(dāng)兩條或者多條傳輸線(xiàn)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。

27、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(chēng)為EMI的發(fā)射帶寬。

28、電磁環(huán)境:存在于給定場(chǎng)所的所有電磁現(xiàn)象的總和。

29、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(wú)生命物質(zhì)產(chǎn)生損害作用的電磁現(xiàn)象。

30、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。

31、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。

32、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。

33、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。

34、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。

35、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。

34、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(shuō)的保持時(shí)間。

36、飛行時(shí)間(Flight Time):指信號(hào)從驅(qū)動(dòng)端傳輸?shù)浇邮斩?,并達(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)。

37、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(guò)緩沖器達(dá)到有效的電壓輸出所需要的時(shí)間

38、抖動(dòng)(Jitter):信號(hào)的某特定時(shí)刻從其理想時(shí)間位置上的短期偏離為抖動(dòng)。

39、時(shí)鐘抖動(dòng)(Clock 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(lái)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(xiàn)沒(méi)有關(guān)系。

40、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(guò)閾值(threshold)無(wú)意識(shí)地改變了狀態(tài)(有時(shí)在VIL 或VIH之間)。通常由于過(guò)分的下沖(undershoot)或串?dāng)_(crosstalk)引起。

41、電源完整性(Power Integrity): 指電路系統(tǒng)中的電源和地的質(zhì)量。

42、同步開(kāi)關(guān)噪聲(Simultaneous Switch Noise):指當(dāng)器件處于開(kāi)關(guān)狀態(tài),產(chǎn)生瞬間變化的電流(di/dt),在經(jīng)過(guò)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(chēng)SSN。也稱(chēng)為Δi噪聲。

43、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(chēng)為電源反彈(Power Bounce)。

44、PLL, Phase Locked Loops,鎖相環(huán)路,是一種反饋控制系統(tǒng),也是閉環(huán)跟蹤系統(tǒng),其輸出信號(hào)的頻率跟蹤輸入信號(hào)的頻率。當(dāng)輸出信號(hào)頻率與輸入信號(hào)頻率相等時(shí),輸出電壓與輸入電壓保持固定的相位差值。它由鑒相器(PD, Phase Detector)、環(huán)路濾波器(LP, Loops Filter)、和壓控振蕩器(VCO, Voltage Control Oscillator)三部分組成。

45、CRU(Clock Recovery Unit),時(shí)鐘恢復(fù)單元, 當(dāng)需要測(cè)試一個(gè)高速串行信號(hào)眼圖時(shí),需要一個(gè)時(shí)鐘恢復(fù)單元,從被測(cè)信號(hào)中恢復(fù)出. 事實(shí)上,一個(gè)真實(shí)的高速器件內(nèi)部就有一個(gè)時(shí)鐘恢復(fù)單元

46、ISI: Inter-Symbol interference碼間干擾,不同長(zhǎng)度的連續(xù)“1”與“0”在帶寬有限的系統(tǒng)中受到不同的衰減,導(dǎo)致長(zhǎng)連續(xù)的“1”或“0”到達(dá)比短“1”與短“0”更高的電平,在接續(xù)這些長(zhǎng)“1”或長(zhǎng)“0”后的跳變,信號(hào)需要比短“1”與短“0”更多的時(shí)間才能到達(dá)門(mén)限電平,這些時(shí)間上的偏離就導(dǎo)致信號(hào)的抖動(dòng),不同長(zhǎng)短“1”與“0”之間的干擾導(dǎo)致數(shù)據(jù)相關(guān)抖動(dòng)即ISI。

47、DCD: Data dependant distortion數(shù)據(jù)信賴(lài)失真(占空比失真),因上升沿速率與下降沿速率的不對(duì)稱(chēng)性所造成的時(shí)鐘周期上的偏離,即占空比失真。

48、眼圖,是一些列數(shù)字信號(hào)在示波器上累積而顯示的圖形。它包含豐富的信息,體現(xiàn)了數(shù)字信號(hào)的整體特征,能夠很好的評(píng)估數(shù)字信號(hào)的品質(zhì),因而眼圖分析是高速互聯(lián)系統(tǒng)信號(hào)完整性分析的核心。

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