前段时间,一位外地研究所的同行朋友发来一张波形图(图1),问是什么原因导致的这个上升沿和下降沿畸变。当时,简单看了下就给了个答复,说是端口电容和走线电感引起的问题。然后友人也没细问,这事就过去了。不知道是不好意思问太多,还是这个问题的影响不是很严重不考虑过份深究,反正总之当时就这样放过去了。
昨晚,在从上海回北京的高铁上,6个小时的车程,前四个小时在睡觉,睡了个昏天黑地,醒来实在无聊,但又珍惜生命苦短,来日又不是可以肆无忌惮挥霍般的很长,就打开电脑,分析了下这个问题,做了一个简单的仿真。还原了该波形的发生机理。
一般导线都有一个高频特性,可以将其理解为小电感和小电阻的串联,既然是电感,其对线上信号就会有影响,毕竟电感是抑制电流变化的器件。
而一般的数字电路输入端口,有可以理解成有一个Pin-Gnd的对地电容,以及一个输入跟随器特性,用于做输入阻抗变换的。
以上走线的特性和器件的输入等效特性合并在一起,就有了如下图2的电路特**。V4输出的10MHz方波信号相当于数字电路上一级的信号输出。
经过运行仿真后,示波器测得接收pin管脚接收端的变异波形。图3中的标号3和4处,不就正好是图1中标号1和2处的特征嘛!
通过改变R2、L2、C1的值,可以多次模拟出实际布线中走线长短发生变化、布线宽度调整、器件输入电容Cin变化所引起的波形变异特征,正所谓“运筹键盘之上,掌控电路之中”。
建议有几:一是仿真真的很不错;二是电路微观的高频等效特性很值得了解和研究;三是高铁上真的不该总是刷朋友圈。