要判斷一個信號是否為高速信號首先要區分幾個誤區。
誤區一:信號周期頻率 FCLOCK 高的才屬于高速設計
其實我們在設計時考慮的最高頻率往往取決于信號的有效頻率(亦稱轉折頻率) Fknee 。
如上圖信號周期頻率與有效(轉折)頻率定義為:
FCLOCK Tclock = 1/(10% 90%) 0.5/ Fknee = Tr ? (實際中多數信號而言)
誤區二:電容、電感式理想器件
在低速領域,電容、電感工作頻段比較低,可以認為他們是理想器件。但在高速領域,PCB 上的電容電感等已經不能簡單的視為純粹的電容電感了。例如:在低速領域電容我們可以視為斷路,而在高速電路中,假設工作頻率為 F,則電容 C 兩側表現出的電抗值為1/ 2πF ×C ,,,,在工作頻率很高的情況下電抗值變得很小,電容表現為短路。認清上面兩個誤區我們來討論低速信號和高速信號的問題。對于低速信號而言,傳輸路徑上的個點的電平近似相同,我們可以采用集總的思維來對待傳輸路徑,即傳輸路徑上的各點狀態相同;對于高速信號而言,傳輸路徑上的各點電平不同,需要采用分布式的思維來看待,即各個點的狀態不同。因此,高速低速區分還要看信號傳輸路徑的長度。
一般而言,在信號傳輸路徑的長度(即信號線的長度)小于信號的有效波長的 1/6 1/6 1/6 1/6 時,可以認為在該傳輸路徑上,各點的電平狀態近似相同。由信號波長與頻率的關系 λ = c / F ,我們可以按下面的步驟進行高速低速的區分;
1 獲得信號的有效頻率 Fknee 和走線長度 L;
2 利用 Fknee 計算出信號的有效波長 λknee ;
3 判斷 LLLL 與 1/6 1/6 1/6 1/6λknee的關系,若 LLLL>>>>1/6 1/6 1/6 1/6λknee,則信號為高速信號;反之,則為低速信號。
注意: Fknee 的獲得方式一是可以直接測量,二是經驗值可以假設信號的上升沿時間為信號周期的 7%,此時有效頻率 Fknee 約為周期頻率 FCLOCK 的 7 倍,如周期頻率 FCLOCK 為100MHz 的時鐘信號,可以估計其有效頻率約為 700MHz。
綜上,我們還可以得到傳輸線和非傳輸線的概念。和高速低速信號的判斷一樣,高速信號的走線我們視為傳輸線,反之亦反。
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例子:
信號 1111: FCLOCK 為 100MHz,上升沿時間 2ns,走線長度 L 為 6in(英寸);
信號 2222: FCLOCK 為 100MHz,上升沿時間 0.5ns,走線長度 L 為 6in(英寸)。
對于信號 1 :
對于信號2:
其中:1mmmm=39.37 in
信號 1 的走線長為 6in,小于λknee的 1/6,因此可以視為非傳輸線;
信號 2 的走線長為 6in,大于λknee的 1/6,因此應視為傳輸線。
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原文標題:關于PCB設計,高速和低速有什么區別?
文章出處:【微信號:FANYPCB,微信公眾號:凡億PCB】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。
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