高速信号分析的几个基本问题

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1、为什么要用信号的上升(下降)时延长短来判断是否为高速信号?

 

A:信号越“陡”,需要保持信号完整的频率分量也就越多(福利叶变换可知;一般数字信号保持5倍频最多,因为取5倍频已经考虑到了信号90%的能量)。又不同频率的信号有不同的传输特性,传输使用的频带越宽传输特性越复杂。如,同样是150M信号,如果取7倍频,信号会好看很多,但是它的传输频率会达到1GHz;分立元件在150M-1G这个频段内的特性变化很大,说不定哪个频率就会出现驻波现象。况且,信号不是“纯”的150M,情况便复杂的多。

 

2、高速信号和普通的低频信号分析上有哪些不同?

 

A:从考虑的物理量,传输系统和电路模型三个方面考虑。

低频电路系统

物理量为:电流、电压、电阻、电容、电感。传输系统为可见的回路式电路。电路模型为分立元件电路、集总模型。

 

微波电路系统

物理量为:功率、损耗、特征阻抗、传输模式。传输系统为可见不可见介质回路形式,大气、波导、传输线等。电路模型为麦克斯韦方程、等效分布模型。

 

3、怎样看待高速信号的传输过程,如果不是像低频系统中的“电子流”那样?

 

A:电磁波的传输是电磁波在传输介质中交替建立电场和磁场传输的。这个交替的过程会一直沿着某个方向延续下去,虽然电场的强度会不断减弱。我们分析常用的是TEM模型,也就是限制电磁波传播方向在Z轴方向。换句话说,不是沿Z轴向前,就是向后。那么,如果遇到“障碍物”,电磁波有一部分继续传输,而另一部分则是被反射回来,反向传输。我们定义电磁波传输的反射电压和前向电压之比为反射系数。

 

4、匹配到底是该匹配源端还是终端?

 

A:虽然源端和终端都存在匹配问题,但是终端的匹配更重要一些,因为这是消除反射的最佳位置。事实上,很多工程师提到匹配,都会默认为终端匹配。当然,在很多情况下,终端不允许做匹配或者终端匹配机制做的不好,那就要在源端来进行匹配了。比如,时钟芯片的输出管脚,一定要接一个22Ω或者33Ω的电阻,这就是典型的源端匹配。源端匹配和终端匹配并不矛盾,只是匹配的位置和消除反射的对象不同而已。

 

5、到底该如何理解“阻抗”impedence?

 

A:对于所有的理想元件,其阻抗定义为该导体两端的电压(矢量)和流经该导体的电流(矢量)的比值。这个定义不管是在时域还是频域都是有效的。从这个定义出发,那么有,对于理想电阻,其电压和电流总是同频矢量,即,理想电阻不会影响信号的频率。而对于理想电感和电容,我们推导得出其阻抗分别问ZL=jwL,ZC=-jwC。即电感和电容的阻抗都是频率相关量。注意,这里说的是理想元件!对非理想元件,需要建立等效模型来研究。需注意的是,电磁波每经过一段导线Δx,它都要建立相应的电磁场,则对应一个瞬时阻抗。如果传输线上每个单元Δx等效电路相同,且其物理特性完全一致,即每个瞬时阻抗都是一致的。那么,该瞬时阻抗就可以定位为该传输线的特征阻抗。而该传输线系统便是“连续且均匀的”。

 

6、传输线结构应该怎样理解?

 

A:一个独立的点可以构成电场吗?答案是不能的。如果把导线上某点看成两个电势点中的高电势点的话,那还得要一个低电势点。也就是为信号提供回流路径。注意!不是只有通常意义上的地平面,任何能够和信号线之间建立电场和磁场联系的导体,都能和信号线提供回流路径。对于一段微带线,和它构成传输线结构的路径包括了:微带线本身,回流路径,以及微带线和回流路径之间的介质。所以,这条传输线的特性阻抗,其实是这整个传输线结构中各个因素等效后的综合结果。

 

7、为什么是50Ω?

 

A;原因一是和以前的产品及系统相兼容,就像“铁轨宽度是由马屁股决定的”那样;原因二是,CMOS的输出阻抗一般在几十欧姆,且IBM的调查显示,板级设计的也是40Ω~80Ω为最优。

 

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高速信号分析的几个基本问题

电磁波的传输是电磁波在传输介质中交替建立电场和磁场传输的。这个交替的过程会一直沿着某个方向延续下去,虽然电场的强度会不断减弱。我们分析常用的是TEM模型,也就是限制电磁波传播方向在Z轴方向。换句话说,不是沿Z轴向前,就是向后。那么,如果遇到“障碍物”,电磁波有一部分继续传输,而另一部分则是被反射回来,反向传输。我们定义电磁波传输的反射电压和前向电压之比为反射系数。

放大器的输入阻抗

放大器的输入阻抗定义了有关输入放大器的电流和电压的输入特性。输入阻抗(Z IN或输入阻抗)通常被称为晶体管放大器设计中的重要参数,因此可以根据放大器的有效输入和输出阻抗以及功率和额定电流来对其进行表征。放大器的阻抗值对于分析尤其重要,尤其是在将各个放大器级一个接一个地级联以最大程度地减小信号失真时。

交流电容和电容电抗

与流过交流电容器的电流相反的现象称为电容电抗,其本身与电源频率成反比。电容器以电荷的形式将能量存储在其导电板上。当电容器跨接在直流电源电压两端时,它将以由其时间常数确定的速率充电至所施加电压的值。

带你领略交流电阻和阻抗各自的区别

阻抗(以欧姆为单位)是对交流电路周围电流的有效电阻,其中包含电阻和电抗。任何理想的基本电路元件(例如电阻器)都可以用电压和电流的形式进行数学描述,我们看到纯欧姆电阻器两端的电压与流过它的电流成线性比例,由欧姆定律。考虑下面的电路。

layout与PCB的29个基本关系

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