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高速数字PCB板设计中的信号完整性分析
来源:本站整理  作者:佚名  2009-04-23 13:44:57




    串行端接是通过在尽量靠近源端的位置串行插入一个电阻到传输线中来实现,串行端接是匹配信号源的阻抗,所插入的串行电阻阻值加上驱动源的输出阻抗应大于等于传输线阻抗。这种策略通过使源端反射系数为零,从而抑制从负载反射回来的信号(负载端输入高阻,不吸收能量)再从源端反射回负载端。
3.2.2 不同工艺器件的端接技术
    阻抗匹配与端接技术方案随着互联长度、电路中逻辑器件系列的不同,也会有所不同。只有针对具体情况,使用正确、适当的端接方法才能有效地减少信号反射。一般来说,对于一个CMOS工艺的驱动源,其输出阻抗值较稳定且接近传输线的阻抗值,因此对于CMOS器件使用串行端接技术就会获得较好的效果;而TTL工艺的驱动源在输出逻辑高电平和低电平时其输出阻抗有所不同,这时,使用并行戴维宁端接方案则是一个较好的策略;ECL器件一般都具有很低的输出阻抗,因此,在ECL电路的接收端使用一下拉端接电阻来吸收能量则是ECL电路的通用端接技术。当然上述方法也不是绝对的,具体电路上的差别、网络拓扑结构的选取、接收端的负载数量都是可以影响端接策略的因素,因此在高速电路中实施电路的端接方案时,需要根据具体情况来选取合适的端接方案,以获得最佳的端接效果。

4 信号完整性分析建模
    合理进行电路建模仿真是最常见的信号完整性解决方法,在高速电路设计中,仿真分析越来越显示出优越性。它给设计者以准确、直观的设计结果,便于及早发现问题,及时修改,从而缩短设计时间,降低设计成本。常用的有3 种:SPICE(Simulation Program withIC Emphasis)模型,IBIS(I/O Buffer 1nformationSpecification)模型,Verilog—A模型。
    SPICE是一种功能强大的通用模拟电路仿真器。它由两部分组成:模型方程式(Model Equation)和模型参数(Model Parameters)。由于提供了模型方程式,因而可以把SPICE模型与仿真器的算法非常紧密地连接起来,可以获得更好的分析效率和分析结果;IBIS模型是专门用于PCB板级和系统级的数字信号完整性分析的模型。它采用I/V和V/T表的形式来描述数字集成电路I/O单元和引脚的特性,IBIS模型的分析精度主要取决于1/V和V/T表的数据点数和数据的精确度,与SPICE模型相比,IBIS模型的计算量很小。


5 仿真验证
    采用异步收发报机实例电路来展示结果。在Aluum Designer软件仿真环境下设置激励信号为50 ns,电源设置为5V,其他设置默认,对RTSB网络的U3—5脚进行仿真,仿真情况如图3所示:a曲线是端接前的信号波形,可以看到存在严重的信号反射;曲线b,c为地端接电阻后的信号波形,端接电阻值不同;d曲线为戴维南端接后的信号波形,从图中可以看出端接电阻可以基本消除反射,缺点是端接电阻到地使地高电平电压下降,端接电阻到电源使电源低电平升高。

6 结 语
    基于微电子技术的不断发展,高速器件的使用和高速数字系统设计越来越多,系统数据速率、时钟速率和电路密集度都在不断增加,对PCB板的设计要求也越来越高,特别是信号完整性问题。要保证PCB具有良好的信号完整性就必须综合多种影响因素,合理布局、布线,从而提高产品性能。

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