高速訊號分析的幾個基本問題

2022-02-21 18:01:37 字數 1741 閱讀 5184

1、為什麼要用訊號的上公升(下降)時延長短來判斷是否為高速訊號?

a:訊號越「陡」,需要保持訊號完整的頻率分量也就越多(福利葉變換可知;一般數碼訊號保持5倍頻最多,因為取5倍頻已經考慮到了訊號90%的能量

)。又不同頻率的訊號有不同的傳輸特性,傳輸使用的頻帶越寬傳輸特性越複雜。如,同樣是150m訊號,如果取7倍頻,訊號會好看很多,但是它的傳輸頻率會達到1ghz;分立元件在150m-1g這個頻段內的特性變化很大,說不定哪個頻率就會出現駐波現象。況且,訊號不是「純」的150m,情況便複雜的多。

2、高速訊號和普通的低頻訊號分析上有哪些不同?

a:從考慮的物理量,傳輸系統和電路模型三個方面考慮。

低頻電路系統

物理量為:電流、電壓、電阻、電容、電感。

傳輸系統

為可見的迴路式電路。

電路模型

為分立元件電路、集總模型。

微波電路系統

物理量為:功率、損耗、特徵阻抗、傳輸模式。

傳輸系統

為可見不可見介質迴路形式,大氣、波導、傳輸線等。

電路模型

為麥克斯韋方程、等效分布模型。

3、怎樣看待高速訊號的傳輸過程,如果不是像低頻系統中的「電子流」那樣?

a:電磁波的傳輸是電磁波在傳輸介質中交替建立電場和磁場傳輸的。這個交替的過程會一直沿著某個方向延續下去,雖然電場的強度會不斷減弱。我們分析常用的是tem模型,也就是限制電磁波傳播方向在z軸方向。換句話說,不是沿z軸向前,就是向後。那麼,如果遇到「障礙物」,電磁波有一部分繼續傳輸,而另一部分則是被反射回來,反向傳輸。我們定義電磁波傳輸的反射電壓和前向電壓之比為反射係數。

4、匹配到底是該匹配源端還是終端?

a:雖然源端和終端都存在匹配問題,但是終端的匹配更重要一些,因為這是消除反射的最佳位置。事實上,很多任務程師提到匹配,都會預設為終端匹配。當然,在很多情況下,終端不允許做匹配或者終端匹配機制做的不好,那就要在源端來進行匹配了。比如,時鐘晶元的輸出管腳,一定要接乙個22ω或者33ω的電阻,這就是典型的源端匹配。源端匹配和終端匹配並不矛盾,只是匹配的位置和消除反射的物件不同而已。

5、到底該如何理解「阻抗」impedence?

a:對於所有的理想元件,其阻抗定義為該導體兩端的電壓(向量)和流經該導體的電流(向量)的比值。這個定義不管是在時域還是頻域都是有效的。從這個定義出發,那麼有,對於理想電阻,其電壓和電流總是同頻向量,即,理想電阻不會影響訊號的頻率。而對於理想電感和電容,我們推導得出其阻抗分別問zl=jwl,zc=-jwc。即電感和電容的阻抗都是頻率相關量。注意,這裡說的是理想元件!對非理想元件,需要建立等效模型來研究。需注意的是,電磁波每經過一段導線δx,它都要建立相應的電磁場,則對應乙個瞬時阻抗。如果傳輸線上每個單元δx等效電路相同,且其物理特性完全一致,即每個瞬時阻抗都是一致的。那麼,該瞬時阻抗就可以定位為該傳輸線的特徵阻抗。而該傳輸線系統便是「連續且均勻的」。

6、傳輸線結構應該怎樣理解?

a:乙個獨立的點可以構成電場嗎?答案是不能的。如果把導線上某點看成兩個電勢點中的高電勢點的話,那還得要乙個低電勢點。也就是為訊號提供回流路徑。注意!不是只有通常意義上的地平面,任何能夠和訊號線之間建立電場和磁場聯絡的導體,都能和訊號線提供回流路徑。對於一段微帶線,和它構成傳輸線結構的路徑包括了:微帶線本身,回流路徑,以及微帶線和回流路徑之間的介質。所以,這條傳輸線的特性阻抗,其實是這整個傳輸線結構中各個因素等效後的綜合結果。

7、為什麼是50ω?

a;原因一是和以前的產品及系統相相容,就像「鐵軌寬度是由馬屁股決定的」那樣;原因二是,cmos的輸出阻抗一般在幾十歐姆,且ibm的調查顯示,板級設計的也是40ω~80ω為最優。

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