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        高速電路基材特種三層線(xiàn)路板制作

        2018-10-19 16:09:22文軍葉錦華羅春雷
        科學(xué)與財(cái)富 2018年25期
        關(guān)鍵詞:上升時(shí)間

        文軍 葉錦華 羅春雷

        摘 要: 數(shù)字邏輯電路的頻率達(dá)到或者超過(guò)45MHZ~50MHZ,而且工作在這個(gè)頻率之上的電路已經(jīng)占到了整個(gè)電子系統(tǒng)一定的份量(比如說(shuō)1/3),就稱(chēng)為高速電路;也有人認(rèn)為高速電路和頻率并沒(méi)有什么大的聯(lián)系,是否高速電路只取決于它們的上升時(shí)間,對(duì)特種三層線(xiàn)路板制作有啟發(fā)意義。

        關(guān)鍵詞: 高速電路;特種三層線(xiàn)路;上升時(shí)間

        “高速電路”已經(jīng)成為當(dāng)今電子工程師們經(jīng)常提及的一個(gè)名詞,但究竟什么是高速電路?這的確是一個(gè)“熟悉”而又“模糊”的概念。而事實(shí)上,業(yè)界對(duì)高速電路并沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的定義,通常對(duì)高速電路的界定有以下多種看法:有人認(rèn)為,如果數(shù)字邏輯電路的頻率達(dá)到或者超過(guò)45MHZ~50MHZ,而且工作在這個(gè)頻率之上的電路已經(jīng)占到了整個(gè)電子系統(tǒng)一定的份量(比如說(shuō)1/3),就稱(chēng)為高速電路;也有人認(rèn)為高速電路和頻率并沒(méi)有什么大的聯(lián)系,是否高速電路只取決于它們的上升時(shí)間;還有人認(rèn)為高速電路就是我們?cè)缧┠隂](méi)有接觸過(guò),或者說(shuō)能產(chǎn)生并且考慮到趨膚效應(yīng)的電路;更多的人則對(duì)高速進(jìn)行了量化的定義,即當(dāng)電路中的數(shù)字信號(hào)在傳輸線(xiàn)上的延遲大于1/2上升時(shí)間時(shí),就叫做高速電路,本文也沿用這個(gè)定義作為考慮高速問(wèn)題的標(biāo)準(zhǔn)。

        此外,還有一個(gè)容易產(chǎn)生混淆的是“高頻電路”的概念,“高頻”和“高速”有什么區(qū)別呢?對(duì)于高頻,很多人的理解就是較高的信號(hào)頻率,雖然不能說(shuō)這種看法有誤,但對(duì)于高速電子設(shè)計(jì)工程師來(lái)說(shuō),理解應(yīng)當(dāng)更為深刻,我們除了關(guān)心信號(hào)的固有頻率,還應(yīng)當(dāng)考慮信號(hào)發(fā)射時(shí)同時(shí)伴隨產(chǎn)生的高階諧波的影響,一般我們使用下面這個(gè)公式來(lái)做定義信號(hào)的發(fā)射帶寬,有時(shí)也稱(chēng)為EMI發(fā)射帶寬:

        F=1/(Tr*π), F是頻率(GHz);Tr(納秒)指信號(hào)的上升時(shí)間或下降時(shí)間。

        通常當(dāng)F>100MHz的時(shí)候,就可以稱(chēng)為高頻電路。所以,在數(shù)字電路中,是否是高頻電路,并不在于信號(hào)頻率的高低,而主要是取決于上升沿和下降沿。根據(jù)這個(gè)公式可以推算,當(dāng)上升時(shí)間小于3.185ns左右的時(shí)候,我們認(rèn)為是高頻電路。

        理想傳輸線(xiàn)L被內(nèi)阻為R0的數(shù)字信號(hào)驅(qū)動(dòng)源Vs驅(qū)動(dòng),傳輸線(xiàn)的特性阻抗為Z0,負(fù)載阻抗為RL。如果終端阻抗(B點(diǎn))跟傳輸線(xiàn)阻抗(A點(diǎn))不匹配,就會(huì)形成反射,反射回來(lái)的電壓幅值由負(fù)載反射系數(shù)ρL決定。Ρt可由式(1)得出:

        ρL=(RL-Z0)/(RL+Z0) (1)

        從終端反射回的電壓到達(dá)源端時(shí),可再次反射回負(fù)載端,形成二次反射,此時(shí)反射電壓的幅值由源反射系數(shù)ρs決定,ρs可由式(2)得出:

        ρs=(R0-Z0)/(R0+Z0) (2)

        精確計(jì)算反射系數(shù)和反射電壓的關(guān)鍵是確定傳輸線(xiàn)的特征阻抗,它不僅僅是印制線(xiàn)的電阻。當(dāng)印制線(xiàn)上傳輸?shù)男盘?hào)速度超過(guò)100MHz時(shí),必須將印制線(xiàn)看成是帶有寄生電容和電感的傳輸線(xiàn),而且在高頻下會(huì)有超膚效誚和電介質(zhì)損耗,這些都會(huì)影響傳輸線(xiàn)的特征阻抗。按照傳輸線(xiàn)的結(jié)構(gòu),可以將它分為微帶線(xiàn)和帶狀線(xiàn)。

        對(duì)于大多數(shù)電子電路硬件設(shè)計(jì)工程師來(lái)說(shuō),完全沒(méi)有必要拘泥于概念的差異,心中應(yīng)該有個(gè)廣義的“高速”定義,那就是:如果在確保正確的電氣連接的前提下,電路仍不能穩(wěn)定的高性能工作,而需要進(jìn)行特殊的布局,布線(xiàn),匹配,屏蔽等處理,那么,這就是特種三層線(xiàn)路板的“高速”設(shè)計(jì)。

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