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pcb电路传输线效应的分析与处理


 
随着系统设计复杂性和集成度的大规模提高,电子系统设计师们正在从事100MHZ以上的电路设计,总线的工作频率也已经达到或者超过50MHZ,有一大部分甚至超过100MHZ。目前约80% 的设计的时钟频率超过50MHz,将近50% 以上的设计主频超过120MHz,有20%甚至超过500M。
 
那么pcb电路传输线会对整个电路设计带来什么效应?如何分析与处理?
 
一、反射信号 
 
高速电路中,信号的传输如上图所示,如果一根走线没有被正确终结,那么来自于驱动端的信号脉冲在接收端被反射,从而引发不可预期效应,使信号轮廓失真。当失真变形非常显著时可导致多种错误,引起设计失败。同时,失真变形的信号对噪声的敏感性增加了,也会引起设计失败。如果上述情况没有被足够考虑,EMI将显著增加,这就不单单影响自身设计结果,还会造成整个系统的失败,反射信
号产生的主要原因:过长的走线;未被匹配终结的传输线,过量电容或电感以及阻抗失配。
 
二、延时和时序错误 
 
信号延时和时序错误表现为:信号在逻辑电平的高与低门限之间变化时保持一段时间信号不跳变。过多的信号延时可能导致时序错误和器件功能的混乱,通常在有多个接收端时会出现问题。电路设计师必须确定最坏情况下的时间延时以确保设计的正确性。信号延时产生的原因:驱动过载,走线过长。
 
三、过冲  
 
过冲来源于走线过长或者信号变化太快两方面的原因。虽然大多数元件接收端有输入保护二极管保护,但有时这些过冲电平会远远超过元件电源电压范围,损坏元器件。
 
四、串扰 
 
串扰表现为在一根信号线上有信号通过时,在PCB板上与之相邻的信号线上就会感应出相关的信号,我们称之为串扰,信号线距离地线越近,线间距越大,产生的串扰信号越小,异步信号和时钟信号更容易产生串扰,因此解串扰的方法是移开发生串扰的信号或屏蔽被严重干扰的信号。
 
五、电磁辐射
EMI即电磁干扰,产生的问题包含过量的电磁辐射及对电磁辐射的敏感性两方面。EMI表现为当数字系统加电运行时,会对周围环境辐射电磁波,从而干扰周围环境中电子设备的正常工作。它产生的主要原因是电路工作频率太高以及布局布线不合理。目前已有进行 EMI仿真的软件工具,但EMI仿真器都很昂贵,仿真参数和边界条件设置又很困难,这将直接影响仿真结果的准确性和实用性。最通常的做法是将控制EMI的各项设计规则应用在设计的每一环节,实现在设计各环节上的规则驱动和控制。
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