目录1概述2数字信号频谱和带宽3传输线
1概要
1、信号是数字的,但是装载这些信息的电压或电流波形是模拟的。
2、SI的根本问题是信号上升时间减少,上升时间越短,信号中高频成分越多,相互耦合导致的失真也越大。
3、SI设计误区:
按照流程,SI的设计是没有对象的,无论轻重。 盲从设计原则,不重视量化评价,片面追求个别问题,忽视其他问题4、SI的设计和模拟。 模拟的目的要明确,理论基础也要扎实,模拟效果也要好。
5、SI设计特点
系统工程均衡的艺术6、掌握基础
2数字信号频谱与带宽1、周期信号、单边频谱、双边频谱的关系
单边光谱和双边光谱的直流分量的宽度相等。 一方频谱的任意频率成分的宽度为平方频谱的频率成分的2倍的一方频谱的任意频率成分的相位与平方频谱的相位相同2、理想的方波的频率图案
对应的表达式:
3、理想方波特征
周期信号、振幅谱是一系列离散点处的取值。 根据公式,离散频谱的公式如下。 得到的包络线形状如下。
采用对数坐标以清楚显示变化趋势:
)1)在pift1的情况下,
)2) pift1的情况
根据上面的结果,其实,很难看出我们有什么不同。
如果频率轴也引出对数。
考虑10个八度的概念时。
如下所示。
可以看出,每增加一格,其宽度就会下降-20dB。
4、信号带宽与上升时间的关系
信号的带宽越大,上升时间就越小。 梯形波的频谱衰减比理想方波快。
一个基本常识:周期信号的频谱为离散频谱,同波形的非周期信号为连续频谱5、梯形波的频谱特征
6 0.35/Tr是什么意思
Tr :表示上升时间
0.35/Tr :表示单极型低通滤波器的3dB带宽。 在该带宽定义中,Tr表示10%~90%的信号上升时间。
7、0.5/Tr是什么意思
等效噪声带宽,或称为平均色散带宽,frms。 对于单极性低通滤波器网络,0.5/Tr接近等效噪声带宽。
八、补充说明
其实,我们研究的目的是研究信号的正常传输。
3传输路径1、什么是传输路径
传输路径和参考路径(返回路径) )。
2、信号传输方式
信号向前传输的速度取决于电场和磁场建立的速度,这与周围的介质特性有关。
3、传输线返回电流
假设传输线路无限长,如果开放末端,反馈路径会监视负反馈电路吗? 下图:
实际上有电流流动。
当向传输线的入口施加信号电压时,在信号路径和基准路径中产生电压差,随着电荷的积蓄而产生电流,随着信号的传播而重复该过程,产生电流。
因此,传输路径的返回路径是否接地也不重要。
4、传输线路分布容量
电容器的形成:
C=Q/V C=Q/V C=Q/V
关于PCB上的走线,空间结构较长,走线导体的各个部分与周围的导体之间分散有静电电容,即传输线路的静电电容方式。
5、单位长度容量
PCB上的传输线路通常是走线和平面的,在传输线路较长的情况下,有浪头,需要一种解决信号传输中“过渡”问题的方法来解决单位容量、单位长度容量的大小。
每单位长度的静电容量大小为:
C p u l C_{pul} Cpul
可以计算一定长度的电容器的容量:
下图是实际的传输路径模型。
一些基本常识:对于FR4板材,6mil线宽,阻抗为50ohms
请注意使用每单位长度的静电电容的前提。 电场在传输路径方向上没有成分,是电磁场
的传输可近似为均匀平面波6、 介电常数和等效介电常数
介电常数是物质本身的固有特性,与介质的成分有关。加工pcb常用的板材一般是玻璃纤维编制结构和树脂的混合压制。加工板材分成PP 和 Core两种, Core板材的节点常数相对稳定,而PP则与加工过程有管(温度影响)求解等效介电常数的大小,可以使用场求解器。7、传输线的分布电感
接下来描述几个常见物理量:
磁感应强度:磁通密度
磁通量:描述穿过这个区域的磁场有多少。
感应电动势与磁通变化率的关系:
电感与磁通量之间的关系,电感与电路结构
8、回路电感
回路电感= 信号路径自感+ 返回路径自感 - 2 互感
由上,两路径之间的距离越大,回路的电感也就越大。
有些工程师喜欢从回路面积角度分析,但有时候很难只管发现电流回路的准确位置。 从互感角度触发相对容易。
回路电感反应了综合信号路径你和返回路径,信号感受到的总的电感的情况。9、单位长度电感
传输线的电感等效模型:
FR4 板材的6mil的走线, 表层走线的单位长度每英寸电感为7.5nH, 内层走线每英寸约为9nH10、波传播的LC参数表示:
将波的传播按照LC的模型进行建立:
其最终证明了波形可分成前向传播和反向传播
11、瞬态阻抗,特性阻抗
特征阻抗公式:
12 、特征阻抗的影响因素:走线现款、介质厚度、介电常数、走线铜箔厚度等
线宽:对电感的影响
对电容的影响:
介质厚度介电常数
铜箔厚度的影响L
这一小节的更加精确的描述,如下:
线宽的影响:
宽度上升,电流分散,电感下降, 电容上升(根据电容基本公式:
宽度下降,电流集中,电感上升, 电容下降
介质厚度影响
当两导体之间的距离增大,Lm减小,从而,单位长度电感增加。 而单位长度电容下降,从而Z上升。介电常数影响
介电常数不影响电感根据电容公式,介电常数上升,C上升。从而Z下降铜箔厚度影响
当铜箔厚度上升,电感减小,电容增大,阻抗减小13 、 参考平面有两个作用,1:阻抗控制 2: 提供电流回路
14、 返回电流分布
关于带状线的电流的配比与接近程度之间的关系
电流在两侧相邻导线的返回的电流大小和参考平面返回电流大小的关系: 相邻导体上的电流的大小返回是很小的。
15 传输线延迟
16、理想总参数的集总模型
通常我们看自己建立的模型是否合适,可以选择关注两个参数
特征阻抗和延时。
17 耦合传输模态分析
多条传输线之间会有相互的干扰存在。
18 线间距对阻抗的影响:
20、有损传输线
传输线损耗的来源主要有如下:
阻性损耗介质损耗耦合到临近线阻抗不连续对外辐射当GHz的查差分互联的情况下,主要考虑如下两个:
阻性苏豪介质损耗21 趋肤效应:
22 邻近效应
23 表面粗糙程度
当链路较长的时候,且信号表面粗糙程度较大的情况下,则需要注意表面粗糙程度,
25 介质损耗:
由于交流信号电磁场的建立导致机型分子的极化造成的 介质损耗。
当Gbps的以上的速率的信号互联的时候,如果衰减称为主要因素,此时选择,低介质损耗的板材就很重要。
26 复介电常数
27 有损传输线的特性阻抗与延时
RLGC模型: