高速电路设计-1127探析.doc

----------------------------------------------高速电路设计理论---------------------------------------------- 电源分配： （1）设计目的是尽可能减小网络中的阻抗。有两种方法：电源总线法（power buses） 和电源位面法(power planes)。一般来说，电源位面法较之电源总线法有着比较好的阻抗特征，不过，就实用性来说，总线法更好一些。 电源总线法和电源位面法： 电源总线系统是由一组根据系统设备要求不同而具有不同电压级别的线路组成的。从逻辑上讲，典型的应该是+5V和地线。每种电压级别所需的线路数目根据系统的不同而不同。 电源位面系统是由多个电源层（或者层的部分--电源层分割）组成的。每个不同电压级别需要一个单独的层。电源层上面唯一的缝隙，是为了布置管脚和信号过孔用的。 电源位面系统中，电流不受线路控制，分布在整个层上。由于整体阻抗小，电源位面系统比总线系统的噪声更小。 线路噪声过滤： 不论使用怎样的电源分配方案，整个系统都会产生足够导致问题发生的噪声，额外的过滤措施是必需的。这一任务由旁路电容完成。一般来说，一个1uf-10uf的电容将被放在系统的电源接入端，板上每个设备的电源脚与地线脚之间应放置一个0.01uf-0.1uf的电容。 旁路电容的放置： VCC电容很接近芯片接VCC的位置，但是接地端却很远。因为噪声在一个电源平面上并不是均衡的，电容并不过滤芯片导线（chip leads）产生的噪声，它只过滤芯片附近的噪声。 为达到良好的性能，应该使芯片与电容在同一点上接VCC和接地。因为电容的尺寸与芯片的尺寸是不同的，所以有必要从VCC和地线接入点分别引两条线到电容器。这些“延长导线”放在无电源平面上，而且越短越好。通常，最好将电容放在板子的正对面，芯片的正下方。一个表贴芯片放在那里可以得到很好的工作效果。 对于有多个VCC和地线管脚的设备，最佳的旁路取决于设备本身。特别决定于电源管脚是否是内部连接的（connected internally）。对于这样的设备，只需要旁路一个地线管脚 到一个VCC管脚。若电源在内部是分散开的，这些分开的VCC管脚需要分别去耦（decoupled）。总体来说，最好与设备供应商联系，听取他们的建议。 （5）电源网络一个功能就是可以为系统所有的信号提供一个回路，无论信号是否在板内产生。电源网络可以削弱很多高速噪声问题的产生。 电流环路产生电感，可以将其看作一个单圈电感。它会增强振铃，串扰和辐射。电流环路电感及其带来的问题随着环路的大小增大而增大。为减小这些问题，需要减小环路的尺寸。 振铃：来源于变压器漏感和寄生电容引起的阻尼振荡（振幅越来越小的振动）。 串扰：两条信号线之间的耦合、信号线之间的互感和互容引起线上的噪声。容性耦合引发耦合电流，而感性耦合引发耦合电压。PCB板层的参数、信号线间距、驱动端和接收端的电气特性及线端接方式对串扰都有一定的影响。 （6）高速系统设计最重要的部分之一就是在信号跳变时产生的能量。每次信号跳变时都会产生AC电流。电流需要一个闭合回路。 AC 返回信号可以取路于整个板面，但是实际上会取最小阻抗的路线。阻抗包括电感和电容。金属的阻抗很小；所以阻抗主要来自于电感。 若希望路线具有最小阻抗，则需要将信号返回线靠近信号线。如果可能，将返回线尽量靠近信号线，可以得到最小的环路。在多层板中，“尽量靠近”通常表示信号路线正上方或正下方的地线平面或者Vcc平面。在双层板中，则意味着最近的地线或者Vcc线路。 电源平面并没有对电流施加天然的限制。于是返回信号可以取道最小阻抗的线路，也就是距离信号线最近的线路。这也就会产生最小的电流回路，这正是高速系统需要的解决方案。尽管电源平面方案比总线方案更优，但是设计者的失误仍然可能使得这些优越性丧失。自然线路上的任何一个断点都会使得电流绕道而行，从而加大环路的尺寸。请小心地线平面和电源平面上的断点。 电源平面上的断点(cuts)往往出现在割缝处和过孔上。它们是连接板的对边、连接元件 与板子连接器的电路中必要的部分。它们经常被很多小缺口（gaps）所围绕，这些小缺口位 于电源层，它们被腐蚀用以防信号线短路的。如果过孔离得太近，腐蚀的线又太粗，它们就 会连在一起，形成一个回路上的阻碍。断点可能发生在背板连接器（connectors）及设备插 槽中。 高速模拟系统对数字噪声是很敏感的。比如，放大器可以将跳变噪声放大，几乎像一个尖峰脉冲（spike）。在既具有模拟与数字两种功能的板子上，一般这两种电源是需要分开的；两个平面在电源上叠放在一起。对于同时使用两种（模拟和数字）信号的板子来说，这种方法会导致一些问题（比如DAC 和电压比较器）。信号线必须跨过平面