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高速数字系统设计 2007年3月5日 第一章 基本知识 1-1 信号与信号完整性（Signal Integrity） 1-2 频率与时间 1-3 时间与距离 1-4 -3dB频率与上升时间 1-5 集总系统与分布系统 1-6 四种电抗 1-7 高速数字系统中的电阻、电容和电感元件 中国科大 快电子学 安琪 2 1-2 频率与时间 ? 电路元件的参数是对频率敏感的，在不同的频率范围内会表现出来不同的特 性。任何一种电参数，其数值仅在一定的频率范围内有效。 某参数 f 有源电路元件参数的频率敏感性，是比较容易理解的。如运算放大器的带 宽概念，其增益是频率的函数，只在一定频率范围内近似为常数。 中国科大 快电子学 安琪 3 几种无源元件的阻抗 中国科大 快电子学 安琪 4 ? 考虑两个极端情况： 1. 一个频率为10-12的正弦波 ? 波形变化一个周期需要3万年。若输入到TTL电路，其输出电压 每天变化不到1μV。 ? 任何一个包含这样低频率的半导体器件的试验都会以失败而告 终。在这样长的时间尺度来看，集成电路只是一小块氧化硅。 2. 一个频率为1012的正弦波 ? 信号周期为1ps，数字电路根本无法响应这个频率的信号。 ? 一些电路参数发生变化。如地线的电阻会由于趋肤效应由 0.01Ω（1KHz）变为1Ω，并且还获得50Ω的感应电抗。 中国科大 快电子学 安琪 5 到底多高的频率 会影响到高速数字 电路的设计呢？ 要处理的高速 数字信号的带宽 是多少 ？ 中国科大 快电子学 安琪 6 频域 时域 ???何一个时域的信号， 都可以用一系列相应的正弦 波叠加而成。 ? 频域中的每个谐波分量都是时域中定 义在t从－∞到＋∞上的正弦波。 ?将所有频率的正弦波在时域中的每个 时间点上进行叠加，就可以得到时域 中的波形。 中国科大 快电子学 安琪 7 频域 ? 时域 叠加比较： ? 0次＋1次谐波 ? 0次＋1次＋3次谐波 中国科大 快电子学 安琪 8 频域 ? 时域 叠加比较： ? 随着参与叠加的谐波分 量的增加，方波的顶端 更平滑，上升时间更 短，越接近理想方波。 ? 对于实际的波形，包含 的谐波分量越多，或者 说信号带宽越高，信号 的上升时间就越小。 ? 带宽的概念本身是一个 近似。 中国科大 快电子学 安琪