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高速数字信号传输电路的设计与仿真

高速数字系统设计成功的关键在于保持信号的完整，而影响信号完整性(即信号质量)的因素主要有传输线的长度、电阻匹配及电磁干扰、串扰等。设计过程中要保持信号的完整性必须借助一些仿真工具，仿真结果对PCB布线产生指导性意见，布线完成后再提取网络，对信号进行布线后仿真，仿真没有问题后才能送出加工。目前这样的仿真工具主要有cadence、ICX、Hyperlynx等。Hyperlynx是个简单好用的工具，软件中包含两个工具LineSim和BoardSim。LineSim用在布线设计前约束布线和各层的参数、设置时钟的布线拓扑结构、选择元器件的速率、诊断信号完整性，并尽量避免电磁辐射及串扰等问题。BoardSim用于布线以后快速地分析设计中的信号完整性、电磁兼容性和串扰问题，生成串扰强度报告，区分并解决串扰问题。作者使用LineSim工具，对信号的阻抗匹配、传输线的长度、串扰进行了仿真分析，并给出了指导性结论。 高速信号传输正确性需要满足以下三个方面的要求；江西高速信号传输哪里买

2.4.2影响电源完整性的因素

良好的电源供电单元，类似良好的个人资金供给系统，应满足以下条件：

●电源转换装置必须能够提供稳定且功率充足的电源功率，否则受电器件会因得不到足够的电源功率而无法正常工作；

●中远距电源供电中继电容器必须能够存储足够的电源能量，并及时补充受电器件附近的近距电源供电中继电容器所消耗的能量；

●近距电源供电中继电容器必须能够为受电器件正常工作提供即时电源能量，满足器件内晶体管状态翻转所需瞬态变化的电流能量；

●供电单元有良好的电源信号传输通道，提供良好的电源传输。如果上述4个条件中的任一项不能得到满足，就会破坏电源供电单元的良好性，即电源的完整性得不到保证。因此电源完整性设计就是合理设计这些组成部分，以保证芯片电源端的电压波动维持在一个合理范围，并且供电电流充足，这样电源供电单元才具备电源完整性。 信息化高速信号传输安装高速信号传输技术的复杂性；

例如，分辨率为UXGA（1600×1200）的DVI信号，其信号传输速率为1.625Gbps，当该信号在FR4材料的PCB上传输时，其信号带宽波长为：3×10+8÷（4）1/2÷（1.625×10+9×5）≈0.02（m）=20mm，其中，FR4材料的相对介电常数为4。当DVI信号在PCB上传输时，传输通道长度大于1/4带宽波长，即5mm时，就必须被当作高速信号传输。对于模拟信号，信号在传输过程中可以被衰减，但不可以因被叠加较大噪声而使信号失真太多，也不允许信号在传输过程中因传输通道某处阻抗的突变太大引起较严重的反射现象。因此，模拟信号传输被看作高速信号传输，且与信号传输通道的长度无关。

注意

在电子设计中，以高速信号传输代替高速信号设计的概念或高速电路设计的概念才能正确处理信号的保形传输问题。以信号传输速率的高低，或以信号的上升时间或下降时间的大小区分信号是高速还是低速是不科学的，这也是部分电子设计工程师对高速信号传输的误解，必须同时考虑信号的传输速率与信号传输通道的长度。

在实际的PCB布线时，如果由于产品结构的需要，不能缩短信号线长度时，应采用差分信号传输。差分信号有很强的抗共模干扰能力，能延长传输距离。差分信号有很多种，如ECL、PECL、LVDS等，表1列出LVDS相对于ECL、PECL系统的主要特点。LVDS的恒流源模式低摆幅输出使得LVDS能高速驱动，对于点到的连接，传输速率可达800Mbps，同时LVDS低噪声、低功耗，连接方便，实际中使用较多。LVDS的驱动器由一个通常为3.5mA的恒流源驱动对差分信号线组成。接收端有一个高的直流输入阻抗，几科全部的驱动电流流经10Ω的终端电阻，在接收器输入端产生约350mV电压。当驱动状态反转时，流经电阻的电流方向改变，此时在接收端产生有效的逻辑状态。图5是利用LVDS芯片DS90LV031、DS90LV032把信号转换成差分信号，进行长距离传输的波形图。在仿真时设置仿真频率为66MHz理想方波，传输距离为508mm，差分对终端接100Ω负载匹配传输线的差分阻抗。从仿真结果看，LVDS接收端的波形除了有延迟外，波形保持完好。高速信号传输技术的简单性；

特征阻抗一般有两种说法：

1、当信号传输时，本质微电磁波传输，此时伴随着电场和磁场，而阻抗被定义为电场和磁场的比值；

2、但信号传输时为高速信号，此时传输线非理想线，包含分布参数如电容、电感和电阻，此时对于信号来讲这些参数形成的阻抗就是瞬时阻抗值。微带线特性阻抗与输入阻抗和输出阻抗一致时，对信号传输比较好，此时不会发生反射。此时我们说传输线阻抗是连续的,不会发生反射。

阻抗不匹配

如果不匹配，将会导致信号反射问题，终引起过冲和下冲问题。

源端我们说一般叫做源端匹配，就算源端不匹配了在源端发生了反射，但是不会传到终端去；此时需要终端完全吸收掉，所以我们叫源端匹配，终端吸收。 高速信号传输——信号完整性信号的回路 特征阻抗与反射；信息化高速信号传输安装

高速信号传输——电源完整性；江西高速信号传输哪里买

由天线原理可知，如果反射点恰好处于信号某个有效谐波波长的1/4处，则在该段传输线上任意位置入射信号和反射信号的相位相同，电流方向相反，信号幅值叠加，该段传输线构成射频发射天线。因此，一般情况下，如果其传输线长度大于该数字信号有效比较高谐波（一般为基频的3~5倍）波长的1/4时，则该数字信号相对该传输线就是高速信号。值得注意的是，数字信号是否为高速信号，除了与信号的频率有关，还与传输它的线路长度有关。

注意

信号传输是否为高速信号传输，不但取决于数字信号的带宽波长（等价于数字信号的速率），还取决于信号传输线的长度。数字信号的传输速率和其传输通道的长度是高速信号传输的两个不可分割的组成部分。例如，传输速率为1Mbps的RS-422信号在双绞屏蔽电缆上传输时，信号带宽为5×1MHz。信号带宽波长λ为3×108÷（4）1/2÷（1×106×5）=30（m）。假设电缆材料的相对介电常数为4，只有当RS-422信号传输通道长度大于7.5m时，才可以被当作高速信号传输。 江西高速信号传输哪里买

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