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信號的上升時間和傳輸延時及阻抗匹配依據

一般來說,當傳輸線很短時,傳輸延時在一定的范圍內,此時雖然仍然存在反射,但反射的波形在信號的上升沿之內,則從波形看,沒有大的影響,但究竟傳輸延時短到什么程度才算短呢?我們做一個實驗,還是通過spice仿真得到結果。圖1為仿真電路圖,該信號源端上升時間為1ns,幅度為1V,阻抗為10歐姆。
 
                                   圖1 仿真電路圖
 
1、Td=40%Tr(Tr為上升時間,Td為傳輸延時),開路終端波形。
                                                  圖2  Td=40%Tr,開路終端波形
 
2、Td=30%Tr(Tr為上升時間,Td為傳輸延時),開路終端波形。
                                             圖3  Td=30%Tr,開路終端波形
 
3、Td=20%Tr(Tr為上升時間,Td為傳輸延時),開路終端波形。此時的過沖約為0.11V,為信號幅度的11%。
                                        圖4 Td=20%Tr,開路終端波形
 
4、Td=10%Tr(Tr為上升時間,Td為傳輸延時),開路終端波形。
                                             圖5 Td=10%Tr,開路終端波
 
      由仿真可知,信號的過沖和傳輸線的時延有關,《信號完整性分析》中描述說,“當傳輸線延時Td>信號上升時間的20%時,就要開始考慮由于導線沒有終端端接而產生的振鈴噪聲。當時延大于上升時間的20%時,振鈴會影響電路功能,,必須加以控制,否則這是造成信號完整性問題的隱患。吐過Td<20%信號的上升時間,振鈴噪聲可以忽略,傳輸線不需要終端匹配。”
 
      所以,又出現了無敵的經驗法則:為了避免信號完整性問題,沒有端接的傳輸線的最大長度為,Len < Tr(Tr表示信號上升時間,Len的單位為in)。換算成mil就是乘個1000——是否進行阻抗匹配端接阻容依據
 
      很悲劇的是,在目前的高速電路中,信號的上升時間已經小于0.25ns,所以Len為0.25in(=6.35cm),一般來說,PCB上走線的距離很容易大于這個值,所以,必須對電路進行端接設計,同理1ns的上升時間,當線長超過1in=25.4cm時就需要加串聯電阻進行阻抗匹配。

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