《電子技術(shù)應(yīng)用》
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工程師總結(jié)的估計信號完整性效應(yīng)的經(jīng)驗法則[圖]
C114
C114
摘要: 經(jīng)驗法則只是一種大概的近似估算,,它的設(shè)計目的是以最小的工作量,以知覺為基礎(chǔ)找到一個快速的答案,。經(jīng)驗法則是估算的出發(fā)點,,它可以幫助我們區(qū)分5或50,而且它能幫助我們在設(shè)計的早期階段就對設(shè)計有較好的整體規(guī)劃,。在速度和精度的權(quán)衡之間,,經(jīng)驗法則傾向于速度,但它并不是很準確,。
關(guān)鍵詞: 信號 完整性
Abstract:
Key words :
經(jīng)驗法則只是一種大概的近似估算,,它的設(shè)計目的是以最小的工作量,以知覺為基礎(chǔ)找到一個快速的答案,。經(jīng)驗法則是估算的出發(fā)點,,它可以幫助我們區(qū)分5或50,而且它能幫助我們在設(shè)計的早期階段就對設(shè)計有較好的整體規(guī)劃,。在速度和精度的權(quán)衡之間,,經(jīng)驗法則傾向于速度,但它并不是很準確,。

當(dāng)然,,不可以盲目的使用經(jīng)驗法則,它必須基于對基本理論的深刻了解和良好的工程判斷能力,。

當(dāng)精確度很重要時,,例如在設(shè)計中某個數(shù)值偏離百分之幾就要付出百萬美元的代價,就必須使用驗證過的數(shù)值仿真工具,。

工程師總結(jié)的估計<a class=信號完整性效應(yīng)的經(jīng)驗法則" height="299" src="http://files.chinaaet.com/images/20110516/b810694e-c509-4e5a-a7dc-2e0c46a84a4e.jpg" width="397" />

1,、信號上升時間約是時鐘周期的10%,即1/10x1/Fclock。例如100MHZ 使中的上升時間大約是1NS.

2,、理想方波的N 次諧波的振幅約是時鐘電壓副值的2/(N 派)倍,。例如,1V時鐘信號的第一次諧波幅度約為0.6V,,第三次諧波的幅度約是0.2V,。

3、信號的帶寬和上升時間的關(guān)系為:BW=0.35/RT,。例如,,如果上升時間是1NS,則帶寬是350MHZ。如果互連線的帶寬是3GHZ,則它可傳輸?shù)淖疃躺仙龝r間約為0.1NS,。

4,、如果不知道上升時間,可以認為信號帶寬約是時鐘頻率的5 倍,。

5,、LC 電路的諧振頻率是5GHZ/sqrt(LC),L 的單位為NH,C 的單位為PF.

6、在400MHZ 內(nèi),,軸向引腳電阻可以看作理想電阻,;在2GHZ 內(nèi),SMT0603電阻可看作理想電阻,。

7,、軸向引腳電阻的ESL(引腳電阻)約為8NH,SMT 電阻的ESL 約是1.5NH。

8,、直徑為1MIL 的近鍵合線的單位長度電阻約是1 歐姆/IN,。

9、24AWG 線的直徑約是20MIL,電阻率約為25 毫歐姆/FT,。

10,、 1 盎司桶線條的方塊電阻率約是每方塊0.5 豪歐姆。

11,、 在10MHZ 時,,1 盎司銅線條就開始具有趨膚效應(yīng)。

12,、 直徑為1IN 球面的電容約是2PF,。

13、 硬幣般大小的一對平行板,,板間填充空氣時,,他們間的電容約為1PF。

14,、 當(dāng)電容器量板間的距離與板子的寬度相當(dāng)時,,則邊緣產(chǎn)生的電容與平行板形成的產(chǎn)生的電容相等,。例如,在估算線寬為10MIL,、介質(zhì)厚度為10MIL的微帶線的平行板電容時,其估算值為1PF/IN,但實際的電容約是上述的兩倍,,也就是2PF/IN,。

15、 如果問對材料特性一無所知,,只知道它是有機絕緣體,,則認為它的介電常數(shù)約為4。

16,、 1 片功率為1W 的芯片,,去耦電容(F)可以提供電荷使電壓降小于小于5%的時間(S)是C/2。

17,、 在典型電路板鐘,,當(dāng)介質(zhì)厚度為10MIL 時,電源和地平面間的耦合電容是100PF/IN 平方,,并且它與介質(zhì)厚度成反比,。

18、 如果50 歐姆微帶線的體介電常數(shù)為4,,則它的有效介電常數(shù)為3,。

19、 直徑為1MIL 的圓導(dǎo)線的局部電感約是25NH/IN 或1NH/MM,。

20,、 由10MIL 厚的線條做成直徑為1IN 的一個圓環(huán)線圈,它的大小相當(dāng)于拇指和食指圍在一起,,其回路電感約為85NH,。

21、 直徑為1IN 的圓環(huán)的單位長度電感約是25NH/IN 或1NH/MM,。例如,,如果封裝引線是環(huán)形線的一部分,且長為0.5IN,則它的電感約是12NH,。

22,、 當(dāng)一對圓桿的中心距離小于它們各自長度的10%時,局部互感約是各自的局部互感的50%,。

23,、 當(dāng)一對圓桿中心距與它們的自身長度相當(dāng)時,它們之間的局部互感比它們各自的局部互感的10%還要少,。

24,、 SMT 電容(包括表面布線,、過孔以及電容自身)的回路電感大概為2NH,要將此數(shù)值降至1NH 以下還需要許多工作。

25,、 平面對上單位面積的回路電感是33PHx 介質(zhì)厚度(MIL),。

26、 過孔的直徑越大,,它的擴散電感就越低,。一個直徑為25MIL 過孔的擴散電感約為50PH。

27,、 如果有一個出沙孔區(qū)域,,當(dāng)空閑面積占到50%時,將會使平面對間的回路電感增加25%,。

28,、 銅的趨膚深度與頻率的平方跟成反比。1GHZ 時,,其為2UM,。所以,10MHZ 時,,銅的趨膚是20UM,。

29、 在50 歐姆的1 盎司銅傳輸線中,,當(dāng)頻率約高于50MHZ 時,,單位長度回路電感為一常數(shù)。這說明在頻率高于50MHZ 時,,特性阻抗時一常數(shù),。

30、 銅中電子的速度極慢,,相當(dāng)于螞蟻的速度,,也就是1CM/S。

31,、 信號在空氣中的速度約是12IN/NS,。大多數(shù)聚合材料中的信號速度約為6IN/NS。

32,、 大多數(shù)輾壓材料中,,線延遲1/V 約是170PS/IN。

33,、 信號的空間延伸等于上升時間X 速度,,即RTx6IN/NS。

34,、 傳輸線的特性阻抗與單位長度電容成反比,。

35,、 FR4 中,所有50 歐姆傳輸線的單位長度電容約為3.3PF/IN,。

36,、 FR4 中,所有50 歐姆傳輸線的單位長度電感約為8.3NH/IN,。

37,、 對于FR4 中的50 歐姆微帶線,其介質(zhì)厚度約是線寬的一半,。

38、 對于FR4 中的50 歐姆帶狀線,,其平面間的間隔時信號線線寬的2 倍,。

39、 在遠小于信號的返回時間之內(nèi),,傳輸線的阻抗就是特性阻抗,。例如,當(dāng)驅(qū)動一段3IN 長的50 歐姆傳輸線時,,所有上升時間短與1NS 的驅(qū)動源在沿線傳輸并發(fā)生上升跳變時間內(nèi)感受到的就是50 歐姆恒定負載,。

40、 一段傳輸線的總電容和時延的關(guān)系為C=TD/Z0,。

41,、 一段傳輸線的總回路電感和時延的關(guān)系為L=TDxZ0。

42,、 如果50 歐姆微帶線中的返回路徑寬度與信號線寬相等,,則其特性阻抗比返回路徑無限寬時的特性阻抗高20%。

43,、 如果50 歐姆微帶線中的返回路徑寬度至少時信號線寬的3 倍,,則其特性阻抗與返回路徑無限寬時的特性阻抗的偏差小于1%。

44,、 布線的厚度可以影響特性阻抗,,厚度增加1MIL,阻抗就減少2 歐姆。

45,、 微帶線定部的阻焊厚度會使特性阻抗減小,,厚度增加1MIL,阻抗減少2歐姆。

46,、 為了得到精確的集總電路近似,,在每個上升時間的空間延伸里至少需要有3.5 個LC 節(jié)。

47,、 單節(jié)LC 模型的帶寬是0.1/TD,。

48,、 如果傳輸線時延比信號上升時間的20%短,就不需要對傳輸線進行端接,。

49,、 在50 歐姆系統(tǒng)中,5 歐姆的阻抗變化引起的反射系數(shù)是5%,。

50,、 保持所有的突變(IN)盡量短于上升時間(NS)的量值。

 

   來源:互聯(lián)網(wǎng)

 

 

51,、 遠端容性負載會增加信號的上升時間,。10-90 上升時間約是(100xC)PS,其中C 的單位是PF。

52,、 如果突變的電容小于0.004XRT,則可能不會產(chǎn)生問題,。

53、 50 歐姆傳輸線中拐角的電容(Ff)是線寬(MIL)的2 倍,。

54,、 容性突變會使50%點的時延約增加0.5XZ0XC。

55,、 如果突變的電感(NH)小于上升時間(NS)的10 倍,,則不會產(chǎn)生問題。

56,、 對上升時間少于1NS 的信號,,回路電感約為10NH 的軸向引腳電阻可能會產(chǎn)生較多的反射噪聲,這時可換成片式電阻,。

57,、 在50 歐姆系統(tǒng)中,需要用4PF 電容來補償10NH 的電感,。

58,、 1GHZ 時,1 盎司銅線的電阻約是其在DC 狀態(tài)下電阻的15 倍,。

59,、 1GHZ 時,8MIL 寬的線條的電阻產(chǎn)生的衰減與介質(zhì)此材料產(chǎn)生的衰減相當(dāng),,并且介質(zhì)材料產(chǎn)生的衰減隨著頻率變化得更快,。

60、 對于3MIL或更寬的線條而言,,低損耗狀態(tài)全是發(fā)生在10MHZ頻率以上,。在低損耗狀態(tài)時,特性阻抗以及信號速度與損耗和頻率無關(guān),。在常見的級互連中不存在由損耗引起的色散現(xiàn)象,。

61,、 -3DB 衰減相當(dāng)于初始信號功率減小到50%,初始電壓幅度減小到70%,。

62,、 -20DB 衰減相當(dāng)于初始信號功率減小到1%,初始電壓幅度減小到10%,。

63,、 當(dāng)處于趨膚效應(yīng)狀態(tài)時,信號路徑與返回路徑的單位長度串聯(lián)約是(8/W)Xsqrt(f)(其中線寬W:MIL;頻率F:GHZ),。

64,、 50 歐姆的傳輸線中,由導(dǎo)體產(chǎn)生的單位長度衰減約是36/(Wz0)DB/IN,。

65,、 FR4 的耗散因子約是0.02。

66,、 1GHZ 時,,F(xiàn)R4 中由介質(zhì)材料產(chǎn)生的衰減約是0.1DB/IN,,并隨頻率線性增加,。

67、 對于FR4 中的8MIL 寬,、50 歐姆傳輸線,,在1GHZ 時,其導(dǎo)體損耗與介質(zhì)材料損耗相等,。

68,、 受損耗因子的制約,F(xiàn)R4 互連線(其長是LEN)的帶寬約是30GHZ/LEN,。

69,、 FR4 互連線可以傳播的最短時間是10PS/INxLEN。

70,、 如果互連線長度(IN)大于上升時間(NS)的50 倍,,則FR4 介質(zhì)板中由損耗引起的上升邊退化是不可忽視的。

71,、 一對50 歐姆微帶傳輸線中,,線間距與線寬相等時,信號線間的耦合電容約占5%,。

72,、 一對50 歐姆微帶傳輸線中,線間距與線寬相等時,,信號線間的耦合電感約占15%,。

73,、 對于1NS 的上升時間,F(xiàn)R4 中近端噪聲的飽和長度是6IN,它與上升時間成比例,。

74,、 一跟線的負載電容是一個常數(shù),與附近其他線條的接近程度無關(guān),。

75,、 對于50 歐姆微帶線,線間距與線寬相等時,,近端串?dāng)_約為5%,。

76、 對于50 歐姆微帶線,,線間距是線寬的2 倍時,,近端串?dāng)_約為2%。

77,、 對于50 歐姆微帶線,,線間距是線寬的3 倍時,近端串?dāng)_約為1%,。

78,、 對于50 歐姆帶狀線,線間距與線寬相等時,,近端串?dāng)_約為6%,。

79、 對于50 歐姆帶狀線,,線間距是線寬的2 倍時,,近端串?dāng)_約為2%。

80,、 對于50 歐姆帶狀線,,線間距是線寬的3 倍時,近端串?dāng)_約為0.5%,。

81,、 一對50 歐姆微帶傳輸線中,間距與線寬相等時,,遠端噪聲是4%Xtd/rt,。如果線時延是1ns,上升時間時0.5ns,則遠端噪聲是8%,。

82,、 一對50 歐姆微帶傳輸線中,間距是線寬的2 倍時,遠端噪聲是2%Xtd/rt,。如果線時延是1ns,上升時間時0.5ns,,則遠端噪聲是4%。

83,、 一對50歐姆微帶傳輸線中,,間距是線寬的3 倍時,遠端噪聲是1.5%Xtd/rt,。如果線時延是1ns,上升時間時0.5ns,,則遠端噪聲是4%。

84,、 帶狀線或者完全嵌入式微帶線上沒有遠端噪聲,。

85、 在50 歐姆總線中,,不管是帶狀線還是微帶線,,要使最懷情況下的遠端噪聲低于5%,就必須保持線間距大于線寬的2 倍,。

86,、 在50 歐姆總線中,線間距離等于線寬時,,受害線上75%的竄擾來源于受害線兩邊鄰近的那兩跟線,。

87、 在50 歐姆總線中,,線間距離等于線寬時,,受害線上95%的竄擾來源于受害線兩邊距離最近的每邊各兩根線條,。

88,、 在50 歐姆總線中,線間距離是線寬的2 倍時,,受害線上100%的竄擾來源于受害線兩邊鄰近的那兩根線條,。這是忽略與總線中其他所有線條間的耦合。

89,、 對于表面布線,,加大相鄰信號線間的距離使之足以添加一個防護布線,串?dāng)_常常就會減小到一個可以接受的水平,,而且這是沒必要增加防護布線,。添加終端短接的防護布線可將串?dāng)_減小到50%。

90,、 對于帶狀線,,使用防護線可以使串?dāng)_減小到不用防護線時的10%。

91、 為了保持開關(guān)噪聲在可以接受的水平,,必須時互感小于2.5nhx 上升時間(ns),。

92、 對于受開關(guān)噪聲限制的接插件或者封裝來說,,最大可用的時鐘頻率是250MHZ/(NxLm),。其中,Lm 是信號/返回路徑對之間的互感(nh),,N 是同時開館的數(shù)量,。

93、 在LVDS 信號中,,共模信號分量是比差分信號分量達2 倍以上,。

94、 如果之間沒有耦合,,差分對的差分阻抗是其中任意一個單端線阻抗的2倍,。

95、 一對50 歐姆微帶線,,只要其中一跟線的電壓維持在高或低不變,,則另一跟線的單端特性阻抗就與鄰近線的距離完全無關(guān)。

96,、 在緊耦合差分微帶線中,,與線寬等于線間距時的耦合相比,線條離得很遠而沒有耦合時,,差分特性阻抗僅會降低10%左右,。

97、 對于寬邊耦合差分對,,線條間的距離應(yīng)至少比線寬大,,這么做的目的是為了獲得可高達100 歐姆的查分阻抗。

98,、 FCC的B級要求是,,在100MHZ 時,3M遠處的遠場強度要小于150UV/M.

99,、 鄰近的單端攻擊次線在強耦合差分對上產(chǎn)生的差分信號串?dāng)_比弱耦合差分對上的少30%,。

100、 鄰近的單端攻擊次線在強耦合差分對上產(chǎn)生的共模信號串?dāng)_比弱耦合差分對上的多30%,。

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