以下经验,参考高速电路设计实践 (王剑宇,苏颖 编著)
(1)如何区分一根传输线路上是低速还是高速信号
这里讲的低速信号是指传输路径上个点电平大致相同,高速信号则较大差异。
要知道两个定义
周期频率Fclock=1/Tclock
有效频率(下面解释)
有效频率的定义一般是半功率点的某及谐波分量。
(此条定义基于任何信号都可以分解成多个频率的正弦波)
举例 理想方波,周期为F ,可有频率为F的正弦波及其奇数次谐波
(3F,5F,7F等)组成,每个谐波的幅值Vn=2/(3.14N)
V1=0.64V<0.707V ,还勉强可以算有效频率。
现实中应用频率升高,幅值下降的更快,一般用公式
有效频率Fknee=1/2Tr(10%-90%)
Tr(10%-90%)是信号的10%-90%的上升时间
根据以上定义,有以下结论(一般情况)
在信号传输路径的长度小于信号有效波长的1/6时,可以认为是低速信号。
有效波长=光速/有效频率。
但是要注意:
1一般没实际电路板,可认为有效频率=7倍时钟频率。
2对于极高频率信号,如1GHz以上的信号本身就是高速信号。不需要如此判断。
3对所有高速信号,应视作传输线处理。
传输线的判断,也就可以那么判断:
在信号传输路径的长度大于信号有效波长的1/6时,就是高速信号,以传输线处理。
(2)项目工程师分类和工作内容(详细资料参考原书第一章1.3节)
电子设计工程师 整体架构设计和原理图设计,BOM设计 ,测试计划
PCB设计工程师根据电子设计工程师来进行PCB设计
信号完整性工程师 完成PCB高速线路仿真,电源仿真。(可简化)
逻辑设计工程师 提供逻辑说明书,进行相关仿真(可简化)
电源设计工程师 设计电源
结构及安全设计工程师 设计结构和安全
热设计工程师对器件进行热设计
EMC及防护设计工程师 做EMC测试,并提出修改建议。
测试工程师测试硬件电路
产品工程师设计部门和生产部门的纽带。
软件工程师编写源程序,测试程序等。
(3)原理图设计的重要点(详细资料参考原书第一章1.4节)
1必须体现设计细想,让PCB工程师看得“明白”
2原理图应有总体框架图,面板接口图。等提示的信息图
3在电源的输出输入端应标注各模块的所需电压电流。
4大电流标注清除
5有些元件位置,次序清晰示意,直接体现到PCB上。
6高速信号标注,热元件标注,其他特殊器件标注。
(4)电容器件的阻抗-频率研究
1电容器件的阻抗-频率变化取信是一种浴盆曲线,曲线左边取决于电容分量,中间谐振点等于ESR,右边取决于ESL.
2滤波电容并联以展宽低阻抗频带时,不仅要考虑容值搭配,而且要考虑封装搭配,多个同型号的电容并联时,只能降低谐振点的阻抗。
(5)电容材质研究
1陶瓷电容,价格低,稳定性好,容量较小。
NPO X7R,X5R,Y5V等就是陶瓷电容。一般用X7R即可,NPO具有温度补偿,是最稳定的陶瓷电容。
2钽电容 温度特性好,ESL低,高频滤波效果好,体积小,容量大。
耐压,耐流差,一般要降额50%以上,开关电源这种电流电压变化大的要降额70%。
具有较好的自愈能力,余量不够,可能出现一下行,一下又不行了的状态。
3铝电解电容:容量大,耐压高,温度特性差,精度差,只适合低频滤波。
一般降额20%以上。 举例:48V电路可用63V电容。
4OSCON电解电容,一般称固态电容。比一般的电解电容好不少,价格又比钽电容低。
(6)电感使用注意
电感选型,信号线上使用,考虑品质因数频率特性曲线,在电源滤波中使用
考虑其直流电阻,额定电流等参数。
(7)磁珠的用法
1磁珠是电感和电阻的组合
2低频段,感抗起主要作用,主要起反射噪声的作用
高频段,电阻起主要作用,吸收噪声并转换为热量
两种功能的转换点,就在电抗等于阻抗。
3在选型时,需要知道信号和噪声所在的频率,磁珠应满足,电路噪声的频带大于磁珠转换点的频率,才能吸收噪声。有效信号的频率应该小于0.1的转换点频率。
(8)磁珠,电容,电感滤波效果比较
1电容本身能滤波,电感,电容配合也能滤波,但这种滤波不能真正消除噪声。
2电容的滤波其原理是构建一条通到地平面的低阻抗通道,以便宣泄噪声
电容和电感的滤波原理啊是构建一个低通滤波器,低频信号可以通过,而高频信号 倍反射回去了,应用这个原理,后级电路将比较稳定。应用范围只是在几十兆内。
3纯电感的话,甚至不能释放到地平面,只是进行噪声反射,噪声还是四处游串。
4磁珠的话,能反射一定频率的噪声,还能吸收噪声转换为热能。
(9)CMOS器件的输入端由S极连接在一起的一对PMOS和NMOS构成,
CMOS器件输入端处于非稳态时,输出端将发生震荡。
(10)74逻辑器件,根据制造工艺,I/O接口不同,分为多种系列。(书3.2.1)
ABT先进BICMOS
AC/ACT 先进CMOS逻辑
AHC/AHCT 先进高速CMOS逻辑
ALS 先进低功耗肖特基逻辑
ALVC 先进低电压CMOS逻辑
ALVT 先进低电压BICMOS逻辑
AS 先进肖特基逻辑
以上可以去掉A 先进去掉
F快速逻辑
FCT 快速CMOS TTL逻辑
T一般表示 BICMOS工艺
C一般表示 CMOS工艺
S/F 一般表示 Bipolar工艺
Bipolar 工艺 特点 速度高,驱动能力强,功耗大
CMOS 功耗低,集成度高,速度,驱动能力比Bipolar差
BICMOS 在两者之间
在热插拔的应用中,为防止冲击,输出端一般串联50R电阻,输入端100欧电阻
(11):MOS管的应用要点
1 MOS管为单极性器件,其导通速度和输入电容有密切关系,
输入电容的计算C=Ciss+2.5*Crss,比较难计算,可直接根据Qg=C*Vgs来计算。
输入电流的计算 I=C*dV/dt,可以计算出瞬间的电流是多少。
计算出来的值比较大,但是一般只要电源能达到一半的电流值就足够了,因为时间很短。
(12)纹波和噪声(第111页)
纹波指电源波动的低频成分,一般在5M的频段内,
噪声则相反,但成分复杂,有开关噪声,随即白噪声,信号干扰等。
纹波幅度一般比较大,噪声幅度比较小。