高速电路设计指南--传输线分析
高速电路设计参考(包含器件选择以及走线)
高速电路设计规则参考（初稿）张工2015/3/8高速电路完整性分析：信号完整性是指在电路设计中互连线引起的所有问题，它主要研究互连线的电气特性参数与数字信号的电压电流波形相互作用后，如何影响到产品性能的问题。
主要表现在对时序的影响、信号振铃、信号反射、近端串扰、远端串扰、开关噪声、非单调性、地弹、电源反弹、衰减、容性负载、电磁辐射、电磁干扰等。
（引用于博士对信号完整性的理解）同时，归根到底，信号失真源自于信号传输过程的阻抗变化，因此假如一个信号的传输途径处处阻抗匹配且均衡，这信号的质量可以很好保留，不过实际中不能完全做到，但可以通过注意这些问题从而是信号质量有所改善，另外在多次阻抗改变和跌落之后信号会出现信号振铃、信号反射、上冲以及下冲等现象，此时可以通过一些有效的方法避免。
以下将从信号完整性的层面出发，介绍以下一些高速电路的设计规则参考：一、器件选型及布局1电容选型1.1不同容值电容搭配通常情况下有经验的工程师都知道一般电源入口处都会搭配容量大小不一样的电容进行去耦或储能，但经常一知半解，因为从理论计算，大小电容并联就是两个电容的容值相加，没有什么作用。
不过现实中由于制作工艺以及封装的不同，不同容值的电容其ESL和ESR是不同的，其谐振频率也不同。
因此在信号频率小于其器件的谐振频率时电容表现出容性，当信号频率大于器件的谐振频率时电容表现为感性，因此高速电路中大电容常常由于谐振频率较低，表现出感性特性，此时电路中的电容将被大大削弱了去耦特性。
因此通过搭配不同容值的电容可以在较大范围内满足电路的需求。
同时尽量选用小ESL的电容。
通常设计中可以通过搭配不同数量级的电容改善去耦效果。
1.2电容封装同样容量的不同封装形式的电容其谐振频率也不同，通常小封装的电容等效串联电感更低，效串联电感基本相同电容有更低的等效串联电感。
某型号陶瓷电容的ESL和ESR 测量值如下：因此高速电路中尽量选用小封装的器件进行设计。
电子设计中的高速电路布线技巧
电子设计中的高速电路布线技巧
在电子设计中，高速电路的布线技巧至关重要。
高速电路主要指的是在高频率
下工作的电路，例如处理器、存储器、通信设备等。
在这些高速电路中，信号的传输速度非常快，因此布线的设计必须更加精准和专业，以确保电路的性能和可靠性。
首先，高速电路的布线需要考虑信号传输的时延。
由于信号在高速电路中传输
速度非常快，时延的控制非常重要。
为了减小信号传输的时延，可以采用一些技巧，如减小信号线的长度、采用更短的路径、使用较小的截面等。
此外，还可以采用差分信号传输技术，利用差分信号的抗干扰能力来提高信号的传输速度。
其次，高速电路的布线还需要考虑信号的传输完整性。
在高速电路中，信号传
输的完整性对电路的性能和可靠性非常重要。
为了确保信号的传输完整性，可以采用一些技巧，如减小信号线的串扰、降低信号线的损耗、控制信号线的阻抗匹配等。
此外，还可以采用信号线的屏蔽技术，减小外部干扰对信号的影响。
此外，高速电路的布线还需要考虑信号的地线回流。
在高速电路中，地线的设
计对信号的传输和电路的稳定性有着重要影响。
为了保证信号的地线回流畅通，可以采用一些技巧，如减小地线的回流路径长度、增加地线的宽度、采用分层地线结构等。
此外，还可以采用恰当的布局设计，减小地线回流路径上的干扰。
总的来说，高速电路的布线是电子设计中非常重要的一环，需要考虑信号传输
的时延、传输完整性和地线回流等多个方面。
只有采用合适的技巧和方法，才能保证高速电路的性能和可靠性。
希望以上内容能为您在电子设计中的高速电路布线提供一些帮助和指导。
浅论高速PCB设计中传输线问题
１ 概 述
般传输线效应是 指—— 高频电磁波在导 电介质 中传输 （ 比如 工作频率太 高以及布局布线不合理 。 Ｐ Ｃ Ｂ板 内线路 ， 通讯的电缆等 ） 过程 中 ， 发生 的信 号反射 、 干涉 、 振铃 ５避免传输线效应 的方法 效应 、 天线效应 、 衰减 、 叠加等各种信 号畸变的情况 。 在高速电路 中， 以上这些传输线效应会对 电路设计 目的产生严重影 响 ， 所 以在 常有 的方法有 ： ａ ． 严格控制 由于信 号边沿 的谐 波频率较 高 ， 致使 产生传输线效 应 ， 所带来 的效 设计 电路过程 中要有效 的避免这些干扰 。 应如下所示 。反射信 号 Ｒ ｅ ｌ ｆ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｌ ｓ ；延时 和时序错误 Ｄ ｅ ｌ ａ ｙ＆ 关 键网线的走线长度 ； ｂ ． 合理规划走线 的拓 扑结 构 ． ｃ ． 抑止 电磁 干扰 Ｔ ｉ ｍｉ ｎ ｇ ｅ ｒ ｒ ｏ ｒ ｓ ； 多次跨 越逻辑 电平 门限错误 Ｆ ａ ｌ ｓ ｅ Ｓ ｗ ｉ ｔ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ ； 过冲与下 的方法 ； ｄ ． 其它可采 用技术 ， 如 在集成 电路的外 围电路添 加去耦 电 冲Ｏ ｖ ｅ ｒ ｓ ｈ ｏ ｏ ｔ ／ Ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｓ ｈ ｏ ｏ ｔ ； 串扰 Ｉ ｎ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ Ｎ ｏ ｉ ｓ ｅ ｏ ｒ ｃ ｒ ｏ ｓ ｓ ｔ ａ ｌ ｋ ） ； 电磁辐射 容 ， 而且 需要直接连接 在集 成 电路 的电源管脚 ， 这样 可以较少 电源 ＥＭ Ｉ ｒ ａ ｄｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ。 毛刺和 电环环路辐射 ；将一些高速 和高功耗 的元 件尽量 放置在一 ４ ． １反射信号。当信号传送到终端 ， 终 端又不匹配时， 信号就会 起 ， 从而减小电源电压 瞬时过 冲 ； 还可 以在 电路设计过 程中 ， 可 以适 在终端反射 回来 ， 这就是传 输线效应 中的反射信号现象 。如果 在系 当加入一些屏蔽 ， 过滤 ， 避免环路等手段 ， 设计 目标要求允许 的情况 统设计过程 中没有充分考虑到这种情况 ， 而反射信号 又达 到了一定 下尽量 的降低 电路工作频率等方法减小 Ｅ Ｍ Ｉ 。 程度 ， 就 可能造成 信号本身 的逻 辑失真 ， 致使整个系统设计失败 。 参考文献 反射 信号产生的主要原因 ： 过长的走 线 ； 未被 匹配终 结的传输线 ， 过 ［ １ ］郝 志松， 闵洁， 陈晖．高速 数字 电路 的传输线效应分析『 Ｊ ］ ．无 线电
电路中的传输线理论与高频电路设计
电路中的传输线理论与高频电路设计在电路设计和高频通信领域，传输线理论是一个重要的概念。
传输线是用于在电路中传输信号的特殊导线结构，它们能够保持信号的高质量传输，并减少信号在传输过程中的失真和损耗。
本文将介绍传输线理论的基本原理，并探讨其在高频电路设计中的应用。
1. 传输线理论的基本原理传输线理论是基于电磁波传播的原理。
相比于简单的电缆或导线，传输线能够在高频信号传输过程中更好地保持信号的完整性。
其原理主要包括以下几个重要概念：1.1 行波特性传输线中的信号以行波的形式传播，而不是简单的电流或电压信号。
行波特性使得信号能够在传输线上快速传播，并减少由于信号的反射和干扰而引起的失真。
1.2 传输线参数传输线的参数包括特性阻抗、电感、电容和导纳等。
这些参数影响着传输线对信号的传输速度和阻抗匹配等特性。
1.3 反射和干扰传输线上的信号可能会产生反射和干扰，这会引起信号的失真和损耗。
传输线理论通过合理设计传输线的特性阻抗和终端阻抗，减少反射和干扰对信号的影响。
2. 传输线在高频电路设计中的应用传输线理论在高频电路设计中有着广泛的应用。
以下是一些常见的应用场景：2.1 高频信号传输在高频电路中，如射频电路或微波电路中，传输线通常被用于传输高频信号。
由于传输线的特性，它能够有效地传输高频信号，并减少信号在传输过程中的失真和损耗。
2.2 信号匹配与阻抗匹配传输线的特性阻抗对于信号的匹配和阻抗匹配非常重要。
在高频电路设计中，传输线可以用于匹配信号源和负载之间的阻抗，以确保信号的高质量传输。
2.3 信号延迟和相位控制传输线能够在电路中引入延迟和控制信号的相位。
这在一些特定的高频电路设计中具有重要作用，比如时钟分配、数据同步等。
3. 设计优化与验证在高频电路设计中，传输线的设计需要考虑多个因素，如传播延迟、功率损耗、信号完整性等。
通过使用传输线理论，可以对传输线的参数和特性进行优化，并确保电路的性能满足设计要求。
4. 结论传输线理论是理解和设计高频电路中不可或缺的一部分。
高速线路PCB设计：传输线效应
高速线路PCB设计：传输线效应在高速线路中，由于传输线阻抗变化的问题，会有一部分的信号能量被反射，假设信号是一个跑步的人，人从A端想要跑到B端，在人经过线路每一块的导体时都会改变其电压值，一开始他在阻抗为50Ω的线路上跑，碰到过孔时阻抗的变化会产生让其速度变慢并产生一定的反弹，一直到终端为1MΩ时，此时几乎带着100%的能量被反弹回A端，反弹到A端时，由于A端为25Ω，会有一部分能量被留住，一部分能量被反弹，反弹的能量约为初始值的1/3。
而这1/3的信号再次到达B端后，又会被反射，以此类推。
在示波器上可以看到信号的上升沿和下降沿产生振荡直至能量减弱信号幅度随之减小。
基于上述模型，传输线会对整个电路设计带来一下效应：反射信号、延时和时序错误、多次跨越逻辑电平门限错误、过冲与下冲、串扰、电磁辐射信号轮廓失真信号在接收端将被反射，信号轮廓将失真。
失真变形的信号对噪声的敏感性、EMI若显著增加，这可能会造成整改系统的失效。
反射信号产生的主要原因：过长的布线、未进行阻抗匹配的接收端、未进行阻抗匹配的传输线（由于过量电容、电感的阻抗失配）信号延时信号在逻辑电平的高、低门限之间变化时，信号迟滞不跳变。
过多的信号延时可能导致时序错误和元器件功能混乱，通常在多个接收端时会出现问题。
信号延时产生的主要原因：驱动过载、布线过长信号电平错误信号的振荡发生在逻辑电平门限附近，在跳变的过程中可能多次跨越逻辑电平门限，导致逻辑功能紊乱。
信号过冲与下冲布线太长或信号变化太快都可以导致过冲与下冲发生，虽然大多数芯片器件接收端有输入保护二极管，但有时这些过冲电平会远远超过器件的电压范围，导致器件损坏。
信号串扰在一根信号线上有信号通过时，与之相邻的信号线上会感应出相关信号，异步信号和时钟信号更容易产生串扰。
解决串扰的方法：移开发生串扰的信号或屏蔽被严重干扰的信号。
信号距离地平面越近，或者加大线间距，都可以减少串扰的发生。
电磁辐射电流流过导体会产生磁场。
高速数字电路设计中的信号完整性分析
高速数字电路设计中的信号完整性分析在高速数字电路设计中，信号完整性分析是非常重要的一环。
信号完整性分析旨在确保信号在电路中能够准确、稳定地传输，从而避免信号失真或干扰，保证电路的性能和可靠性。
首先，我们需要了解信号完整性分析的基本概念。
信号完整性是指在一个电路中，信号从发送端到接收端能够保持原有的形态和正确的数值。
在高速数字电路设计中，信号往往受到许多因素的影响，如传输线特性、阻抗、反射、串扰等，这些因素都有可能导致信号失真。
因此，对信号完整性的分析和优化至关重要。
在进行信号完整性分析时，我们需要首先考虑传输线的特性。
传输线的特性包括传输速度、阻抗匹配、传输延迟等，这些特性直接影响信号传输的稳定性和速度。
通过对传输线的建模和仿真分析，可以帮助我们了解传输线对信号的影响，从而优化电路设计。
另外，阻抗匹配也是信号完整性分析中的重要内容。
当信号源和负载的阻抗不匹配时，会导致信号的反射和衰减，从而降低信号的质量和稳定性。
因此，在设计电路时，需要确保信号源和负载的阻抗能够有效匹配，以减少信号的失真和干扰。
此外，信号完整性分析还需要考虑信号的传输延迟和时序关系。
在高速数字电路中，信号传输的延迟会对数据的同步和稳定性产生影响。
通过时序分析和延迟优化，可以更好地控制信号的传输速度和有效减少时序误差。
最后，在进行信号完整性分析时，还需要考虑信号的功耗和信噪比。
功耗会影响电路的工作效率和稳定性，信噪比则会影响信号和噪声的比值，从而影响信号的准确性和清晰度。
因此，在设计电路时，需要综合考虑功耗和信噪比等因素，以实现信号的高质量传输。
总的来说，信号完整性分析是保证高速数字电路性能和可靠性的重要步骤。
通过对传输线特性、阻抗匹配、传输延迟、功耗和信噪比等方面的分析和优化，可以更好地保证信号在电路中的准确传输，避免信号失真和干扰，从而提高电路的性能和可靠性。
希望以上内容对您有所帮助。
高速电路板设计之传输线理论及实践讲解
6/4/2019
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Ｔｈａｎｋ ｙｏｕ!
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过冲的幅度跟信号线的长度成比例地变化，直到传输延迟时间等于 跳变时间时，过冲的幅度会和源信号的跳变幅度一样大．
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一般认为，当跳变时间小于传输延迟时间的４倍时，信号线将当成 传输线．而保守一点，则认为当跳变时间小于８倍的传输延迟时间时， 信号线将当作传输线．由此，可以判断上面所讨论的微波线在多大长度 时将被视为传输线．
如果跳变时间远大于传输延迟时间，信号反射回信号源时，信号源 的输出只改变一点点，所以反射对信号只引起小小的扰动，在负载端表 现为小小的过冲．
如果传输延迟时间足够大，以至当反射信号返回信号源时，信号源 的输出已经改变了许多，这样信号源就得作出较大的变化去补偿输出， 而负载端又反射信号新一轮的变化，这样就产生了所谓的振铃．
上图为一并联端接模式，由于输入阻抗往往都很高，所以通常并 联阻值就等于源端输出阻抗．这种接法有个缺点，就是当高电平输出 时电流消耗太大．因为并联阻值一般就是５０－－１５０欧姆．
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上图是戴维宁并联端接，这种方法可以大大减小对输出电流的需 求．两个电阻的并联阻值等于输出阻抗．它的缺点就是增加了直流电 源的功耗．
高速电路设计中的信号完整性分析与布局布线建议
高速电路设计中的信号完整性分析与布局布线建议在高速电路设计中，信号完整性是一个至关重要的问题，它涉及到数据传输的可靠性和性能。
信号完整性分析与布局布线建议是确保电路正常运行的关键步骤。
本文将介绍高速电路设计中信号完整性的概念、分析方法以及布局布线建议。
首先，我们来了解一下信号完整性的概念。
信号完整性是指当信号在电路中传输时，能够保持其原始形状和幅度，不受噪声、时延和串扰等影响的能力。
对于高速电路来说，信号完整性的保持对于数据的正确传输和系统的稳定性至关重要。
在信号完整性分析中，我们首先需要进行信号完整性的建模和仿真。
建模是指将实际电路抽象成等效电路模型，仿真是指通过数学模型和仿真软件来模拟电路的运行。
常用的建模方法有传输线建模和电源/地面建模。
对于传输线建模，我们可以使用传输线模型来描述信号在电路中的传播，例如时域传输线模型和频域传输线模型。
时域传输线模型主要考虑信号的时域特性，通过考虑电感、电容和电阻等参数来模拟信号在电路中的传播。
而频域传输线模型则主要考虑信号的频域特性，通过考虑传输线的频率响应来模拟信号的传播。
电源/地面建模是指将电源和地面系统抽象为等效电路模型。
在高速电路中，电源和地面是信号传输的两个重要参考。
电源/地面的不稳定性会导致信号完整性的丧失。
因此，准确建模和仿真电源/地面系统对于信号完整性的分析非常重要。
在信号完整性分析中，我们还需要考虑一些与电路相关的参数和现象，例如时延、串扰和抖动等。
时延是指信号从输入到输出之间的延迟时间。
在高速电路中，时延不稳定性会导致信号的失真和时序问题。
串扰是指信号之间由于电磁耦合而产生的干扰。
电路中的布线、地线和电源引脚的位置等都会对串扰产生影响。
抖动是指信号的频率和幅度的不稳定性。
在高速电路中，抖动会导致时钟信号失真和时序错误。
为了保证信号完整性，我们可以根据分析的结果提出一些布局布线的建议。
首先，布局布线时应尽量减少传输线的长度和层间距离，从而降低信号的时延和串扰问题。
高速数据传输线路设计技巧
高速数据传输线路设计技巧在现代社会中，高速数据传输已经成为了日常生活和工作中不可或缺的一部分。
而设计高速数据传输线路是确保数据传输稳定可靠的关键之一。
在这篇文章中，我们将探讨一些设计高速数据传输线路的技巧，以确保数据传输的高效性和可靠性。
首先，在设计高速数据传输线路时，要考虑信号完整性和传输的稳定性。
一般来说，高速数据传输线路会受到一些干扰，如串扰、噪声等。
因此，在设计线路时，需要采取一些措施来减少干扰的影响。
可以采用屏蔽线、差分信号传输等技术来提高信号完整性，减少传输过程中的干扰。
其次，要考虑信号的传输速率。
在高速数据传输中，信号的传输速率越高，线路设计的要求也会相应增加。
因此，在设计线路时，需要选择合适的传输媒介和技术，以满足高速数据传输的需求。
另外，还需要考虑信号的时延、波形失真等因素，确保数据传输的稳定性和准确性。
除此之外，还需要考虑线路的布局和布线方式。
良好的线路布局可以降低信号传输过程中的干扰和损耗，提高数据传输的质量。
在布线时，可以采用分层布线、对称布线等方式来减少干扰，提高信号的传输效率。
此外，要避免线路交叉，保持信号路径的清晰和直接，以减少信号传输过程中的干扰。
最后，要注意线路的终端匹配和连接方式。
正确的终端匹配可以提高信号的传输效率和稳定性，避免信号的反射和干扰。
而正确的连接方式可以保证传输的连续性和稳定性，避免因连接不良导致的数据传输失效。
因此，在设计线路时，要注意终端匹配和连接方式的选择，确保数据传输的稳定和可靠。
综上所述，设计高速数据传输线路需要考虑的因素很多，包括信号完整性、传输速率、线路布局、终端匹配和连接方式等。
只有在综合考虑这些因素的基础上进行线路设计，才能确保数据传输的高效性和可靠性。
希望以上的技巧能对您有所帮助，带来更好的数据传输体验。
高速电路设计理论基础
理想传输线 模型：
dz 注：L,C分别为传输线的分布电感和分布电容， 表示微元长度。
R + Rs + Vs V1 -
L + G C V2 -
R
L
G
C 去无限远
实际传输线 模型：
dz
dz
注：L,C,R,G分别为传输线上的分布电感、分布电容、分布电阻和 分布跨导，dz表示微元长度
２．消除二次反射: ３．短线:
R 2 0
ZL Z0
ZS Z0
R1 0
LEN 1 Tr 6 t pd
传输线理论—串行端接
Rs Z0
串行端接匹配的信号源的阻抗， 所插入的串行电阻阻值加上驱动 源的输出阻抗应该大于等于传输 线阻抗（轻微过阻尼）， 即RS>=Z0-R0
传输线理论—反射（1）
源端阻抗
Z0 ZS
ZL
传输线阻抗
负载阻抗
负 载 端 反 射 系 数 ： R 2 源端反射系数：
R1
Z L Z 0 Z s Z 0
有正负
Z L Z 0
Z s Z 0
电介质 r 信 号 线 (微 带 传 输 线 )
0
信号层
平面层
87 Z0 1 . 41 r
5 . 98 h ln 0 .8 w t
t pd 85 0 . 475 r 0 . 67 ps in .
r 4 . 3, h 5 . 1mil , w 6 mil , t 2 . 1mil (1 . 5 ozCu )
硬件设计中的高速电路原理
硬件设计中的高速电路原理在现代电子技术中，高速电路是不可或缺的一部分，因为大多数电子设备都需要高速通讯和计算。
高速电路涉及到高频信号的传输和处理，所以在设计这种电路时需要特别注意电路的性能和可靠性。
本文将介绍硬件设计中的高速电路原理，包括传输线理论、信号完整性和EMC等方面。
1. 传输线理论传输线是指一种沿着导线传输电信号的电器部件，如电缆、微带线、同轴电缆等。
在高速电路中，传输线的特性非常重要，因为它们可以对信号的传输和接收产生影响。
传输线的工作原理可以通过沿着线路传输电磁波来解释。
电磁波在传输线上的运动速度取决于传输线的几何形状和介质参数。
在设计高速电路时，我们需要考虑传输线的几何形状、长度和电气特性，以确保信号的传输效果。
信号的速度、带宽和传输距离都会影响传输线的特性。
因此，我们需要使用传输线模型来表示传输线的工作原理，并进行电路设计和仿真分析。
在传输线模型中，有两个重要的参数，即传输线特性阻抗和传输线延迟。
传输线特性阻抗是传输线上的电阻，它将决定信号的传输速度和反射系数。
传输线延迟是指电信号在传输线上的传播延迟，它将对信号路径、时序和时钟产生影响。
因此，在设计高速电路时，我们需要选择适当的传输线类型、长度和特性阻抗，以确保信号的传输和接收质量。
2. 信号完整性信号完整性是指信号在传输线和IC芯片内部的传输过程中保持完整性的能力。
在高速电路中，信号完整性对电路性能和可靠性至关重要。
如果信号失真或受到干扰，它们将不再是原始信号，这可能会导致电路错误、噪声和设备损坏。
因此，我们需要采取一系列措施来保障信号完整性。
首先，需要保证传输线的特性阻抗匹配。
传输线特性阻抗不匹配会导致信号的反射和衰减，从而影响信号的传输质量。
其次，需要采用噪声抑制技术，如吸收噪声、屏蔽和隔离电路等。
这些技术可以有效减少信号受到外部干扰的影响。
此外，还需要采用正常模和差分模信号传输技术，以减少传输线上的互相干扰和噪声。
除此之外，还应采用适当的电源过滤、隔离和抑制技术以减少电源噪声的影响。
高速电路设计指南2020071516540002
简介通常来说，高速电路是指电路处理的信号频率足够高使得传输线对该频率表现的阻抗足以对信号产生影响，工作在这种频率上的电路。
《高速电路设计指南》以ADI官方网站的技术文章和模拟对话为基础资料来源整理成册。
从设计实践角度出发，介绍在高速电路设计中需要掌握的各项技术及技能。
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为了在新的设计中选用适当的转换器，我应当使用什么带宽术语呢？开始一个新设计时，需要决定的首要参数就是带宽。
带宽为设计指明方向，引导设计人员开辟通往成功之路。
本质上有三类前端可供选择：基带型、带通或超奈奎斯特型（有时也称为窄带或子采样型——基本上不会用到第1奈奎斯特区）以及宽带型，如图1所示。
前端的选用取决于具体应用。
图1. 基带、带通与宽带，F SAMPLE =200MSPS。
基带设计要求的带宽是从直流（或低kHz/MHz区）到转换器的奈奎斯特频率。
传输线理论
课程简介
01-11
常见传输线类型：差分传输线
差分（通常称为平衡式）传输线适用于对噪声隔离和改善时钟频 率要求较高的情况。在差分模式中，传输线路是成对布放的，两条线 路上传输的信号电压、电流值相等，但相位（极性）相反。由于信号 在一对迹线中进行传输，在其中一条迹线上出现的任何电子噪声与另 一条迹线上出现的电子噪声完全相同（并非反向），两条线路之间生 成的场将相互抵消，因此与单端非平衡式传输线相比，只产生极小的 地线回路噪声，并且减少了外部噪声的问题。
R0
TD
Z0
课程简介
01-30
振铃原因
课程简介
01-31
振铃原因
课程简介
01-32
阻抗匹配
如果线足够短，则在时刻 TD，信号仍将继续上升，反 射波成为上升沿的一部分。对于较长的线，信号的上升过 程在时刻TD之前就已结束，反射波作为过冲和反冲出现。 这种情况下，信号的噪声余量变小，甚至会导致系统不能 正常工作。这时，就需考虑阻抗匹配。
H E
x y
课程简介
y
E
z
01-3
传输线模型
信号的传播类似于波的传播，，应该按照传输线理论来分析。 传输线模型中实际存在四要素：一个串联电阻、一个串联电感、 一个并联电容——C=Q/V、一个并联电导——导体间的介质损 耗。 一个传输线的微分线段l的等效电路描述如图所示。
L, C, R, G per unit length
课程简介
01-23
信号传输过程
当RL =Z0时，ρL=0
Vs
is
V
Z0 Z 0 + Rs
V Z 0 + Rs
0
VL
τ
电路中的传输线特性与分析
电路中的传输线特性与分析在电路设计和分析中，传输线作为一种重要的电气组件，负责在信号传输过程中将电能传输到目标处。
传输线的特性和分析对于电路设计和信号传输的稳定性至关重要。
一、传输线的基本概念传输线是用来传送电能和信号的导线或导体，常见的传输线有两螺线、同轴电缆和微带线等。
传输线的长短决定了其传输信号的频率响应，长传输线对高频信号的衰减较大，因此需要进行分析和补偿。
二、传输线的传输特性1. 传输线的阻抗匹配为了提高信号传输的质量和稳定性，传输线的阻抗需要与接收器或发射器的阻抗匹配。
阻抗不匹配会导致信号的反射和衰减，影响电路的性能。
2. 传输线的传输速度传输线的传输速度取决于信号传播的速度，一般来说，信号在同轴电缆中的传播速度要比在两螺线中的传播速度快。
传输线的传播速度越快，信号传输的时间越短，对于高速数据传输和通信系统是非常关键的。
3. 传输线的传播延迟传输线的传播延迟指的是信号从发射端到接收端所需的时间。
传输线的传播延迟会影响信号的同步和时延补偿，尤其在高速数据传输和通信系统中，要求对传输延迟进行精确控制。
三、传输线的分析方法1. 传输线参数的计算传输线的参数包括电阻、电感、电容和导纳等，这些参数决定了传输线的阻抗和传输特性。
通过对传输线的几何结构和材料特性进行分析，可以计算出传输线的参数。
2. 传输线的等效电路模型为了更好地理解和分析传输线的特性，可以将传输线建模为等效电路模型。
常见的传输线模型有无衰减模型、自然对数模型和波纹传输线模型等，根据具体的应用场景和需求来选择合适的模型。
3. 传输线的频率响应分析传输线在不同频率下的特性不同，需要进行频率响应分析。
通过分析传输线的传输损耗和相位延迟随频率的变化，可以评估传输线对不同频率信号的传输能力和衰减情况。
四、传输线的应用传输线广泛应用于各种电子设备和系统中，如通信系统、计算机网络、电力系统和无线电频率信号传输等。
传输线的好坏直接影响着信号传输的质量和稳定性，因此在电路设计和信号传输中需对传输线进行合理选择和分析。
高速电路传输线反射问题的分析与解决
武汉理工大学班级：___电子与通信工程153班_____姓名：_________ ___________学号：_______________教师：____ ____________￥高速电路传输线反射问题分析与解决（武汉理工大学信息工程学院，武汉，430070）摘要：高速数字信号的传输线反射问题是影响现代数字电路设计的重要原因因素之一，严重的反射将破坏信号的完整性，并引起过冲现象，从而出现错误的数字逻辑和影响电路上元器件的正常使用。
本文重点的分析高速电路中信号反射产生的原因，和给出解决反射问题的方案。
关键词：传输线；反射；解决方案Abstract: Reflection high-speed digital signal is an important factor affecting the modern digital circuit design, serious reflection would undermine the integrity of the signal, and cause overshoot phenomenon, which appears erroneous digital logic and destruction devices. This paper analyzes in detail the causes of signal reflections and phenomena, and give a reflection solution.)Keyword: Transmission line；reflection； solution1.引言反射就是在传输线上的回波，如果传输线的长度满足长线时，且没有合适的终端匹配，那么来自于驱动端的信号脉冲在接收端被反射，从而引起非预期效应，使信号轮廓失真。
反射是传输线的基本效应，即当信号沿着传输线传输时，碰到阻抗不连续时会发生反射。
高速电路中平行传输线间的串扰分析及解决方案,串扰,传输线,H.
高速电路中平行传输线间的串扰分析及解决方案，串扰，传输线，HyperLynx，仿真1引言当信号线的长度大于传输信号的波长时，这条信号线就应该被看作是传输线(长线)，并且需要考虑印制板上的线间互连和板层特性对电气性能的影响[2]。
在高速系统中，信号线通常被建模为一个R—L—C梯形电路的级连[2]。
由于信号线上各处的分布参数存在差异，尤其是在芯片的输入、输出引脚处，这种差异更加明显。
当几条高速信号并行走线且这些信号线之间的距离很近时，就不能忽略串扰对系统的影响，信号频率变高、边沿变陡、印刷电路1 引言当信号线的长度大于传输信号的波长时，这条信号线就应该被看作是传输线(长线)，并且需要考虑印制板上的线间互连和板层特性对电气性能的影响[2]。
在高速系统中，信号线通常被建模为一个R—L—C梯形电路的级连[2]。
由于信号线上各处的分布参数存在差异，尤其是在芯片的输入、输出引脚处，这种差异更加明显。
当几条高速信号并行走线且这些信号线之间的距离很近时，就不能忽略串扰对系统的影响，信号频率变高、边沿变陡、印刷电路板的尺寸变小、布线密度加大等使得高速电路的串扰问题日益突出。
串扰过大可能引起电路的误触发，导致系统无法正常工作。
这就要求对高速串扰物体进行仿真分析并采取相应的措施使串扰减小到合理的范围。
2 串扰的理论基础串扰(crosstalk)是指在两个不同的电性能之间的相互作用。
产生串扰被称为Aggressor，而另一个收到串扰的被称为Victim。
通常一个网络既是Aggressor(入侵者)，又是Victim(受害者)，如图1所示。
依照离散式等效模间的线网称为干扰源网络来描述相邻传输线的串扰模型，传输线AB和CD的特性阻抗为Z0，且终端匹配电阻R=Z0。
如果位于A点的驱动源为干扰源，则A—B间的线网称为干扰源网络(AggressorLine)，C—D间的线网称为被干扰网络(Victim Line)。
</tr>串扰是由同一PCB板上的2条信号线与地平面引起的，是2条信号线之间的耦合、信号线之间的互感和互容引起线上的噪声。
高速数据传输电路设计
高速数据传输电路设计随着信息时代的到来，数据通信量越来越大，数据传输速度也越来越快。
高速数据传输技术的需求变得越来越迫切。
而高速数据传输电路设计也成为了当今电子工程领域中最为重要的研究方向之一。
一、高速数据传输电路的需求随着各类电子产品的快速普及，人们对数据传输的速度和效率要求也越来越高。
特别是在互联网、移动通信、无线数据传输、高清视频、虚拟现实等领域，对高速、低噪音、抗干扰性能优良的数据传输系统的需求更加迫切。
因此，高速数据传输技术的应用已经广泛涉及到了移动通信、计算机、高速列车、卫星通信、海底通信等领域。
二、高速数据传输电路设计的基本原理高速数据传输电路设计的基本原理是探究如何让数据在尽可能短的时间内从一个设备传输到另一个设备，并确保传输过程中数据的稳定性和可靠性。
这个过程需要涉及到数据的编码、调制、调节、解调等一系列电路和技术。
目前，高速数据传输电路设计的主要研究方向包括以下几个方面：1.时钟和同步技术在高速数据传输电路的设计中，时钟信号和同步信号的稳定性是至关重要的。
任何一点时间偏差都会导致数据传输出现问题。
因此，研究如何实现时钟信号和同步信号的高精度生成和传输技术成为了设计高速数据传输电路的关键问题。
2.信号的抗干扰处理现在的各种设备使用电子信号传输数据，而电子信号的传输中会出现许多干扰问题，例如电源噪音、电磁干扰等等。
在高速数据传输电路的设计中，这些干扰会对数据传输造成很大的影响，因此如何设计出抗干扰能力强的电路成为了一个重要的研究方向。
3.数据编码和解码算法数据编码和解码算法是高速数据传输电路设计的关键之一。
在数据传输过程中，为了提高传输速度和降低传输中的错误率，还需要对数据进行编码和解码。
因此，如何设计高效的编码和解码算法是高速数据传输电路设计的热点之一。
三、高速数据传输电路设计的挑战设计高速数据传输电路并不是一件简单的事情，面临很多挑战。
1.高速数据传输涉及到很多物理、工程、数学、电机、计算机科学等知识领域。
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传输线效应
地弹 是指芯片内部“地”电平相对于电路板“地”电平的变化现象。以电路板“地”为参考，就像 是芯片内部的“地”电平不断的跳动，因此形象的称之为地弹（ground bounce）。当器件输出 端有一个状态跳变到另一个状态时，地弹现象会导致器件逻辑输入端产生毛刺。 由于输出转换引起的芯片内部参考地电位漂移就是地弹。
总之接收端电容负载的影响有两点： 1、使源端（驱动端）信号产生局部电压凹陷。 2、接收端信号上升时间延长。 在电路设计中这两点都要考虑。
传输线效应（续）
除终端电容外，测试焊盘、过孔、拐角、桩线等还会在均匀传输线的中途引入容性加载阻 抗 ，不管是末端端接电容还是中途的不连续性寄生电容，都将造成欠冲及延长上升沿时间的问 题，所以必须控制电路中的容性负载。 信号上升沿到达此电容时，这个并联在信号路径和返回路径之间的容抗会引起负反射。为 了尽量减小这种不连续的影响，并联阻抗越大越好，通常要求加载电容的容抗Zc远远大于传输 线特性阻抗Zo根据经验，定义 Zc＞5Zo 也就是说，电路中允许并联跨接的最大电容为： 有了阻抗的指标，我们就可以确定能容忍多大的电容量。假设用50欧姆来计算。即在这种 情况下，如果信号上升时间为1ns，那么电容量要小于4皮法。反之，如果电容量为4皮法，则 信号上升时间最快为1ns，如果信号上升时间为0.5ns，这个4皮法的电容就会产生问题。 总结： 1）PCB走线中途容性负载使发射端信号产 生下冲，接收端信号也会产生下冲。 2） 能容忍的电容量和信号上升时间有关， 信号上升时间越快，能容忍的电容量越小。
传输线效应（续）
（2）反射和振铃现象过程分析 信号振铃的过程可以用反弹图来直观的解释。假设驱动端的输出阻抗是 10欧姆，PCB 走线的 特性阻抗为50欧姆。为了分析方便，假设远端开路，即远端阻抗无穷大。驱动端传输3.3V 电压信 号。我们跟着信号在这条传输线中跑一次，看看到底发生了什么。 为分析方便，忽略传输线寄生电容和寄生电感的影响，只考虑阻性负载。图 2 为反射示意图。 第 1次反射：信号从芯片内部发出，经过 10 欧姆输出阻抗和 50欧姆 PCB特性阻抗的分压，实际 加到PCB 走线上的信号为A 点电压3.3*50/(10+50)=2.75V。传输到远端 B 点，由于 B 点开路， 阻抗无穷大，反射系数为1，即信号全部反射，反射信号也是 2.75V。此时B 点测量电压是 2.75+2.75=5.5V。 第2次反射： 2.75V反射电压回到A点，阻抗由50欧姆变为10欧姆，发生负反射， A点反射电压为1.83V，该电压到达B 点，再次发生反射，反射电压-1.83V。此时 B 点测量电压为5.5-1.831.83=1.84V。 第 3 次反射：从 B 点反射回的-1.83V电压到达 A点，再次发生负反射，反射电压为1.22V。该电 压到达B点再次发生正反射，反射电压 1.22V。此时B点测量电压为 1.84+1.22+1.22=4.28V。 第4 次反射：........第 5 次反射：.. .. .. 如此循环，反射电压在 A 点和B 点之间来回反弹，而引起 B 点电压不稳定。观察 B点电压： 5.5V->1.84V->4.28V->……，可见 B点电压会有上下波动，这就是信号振铃。
传输线效应（续）
从公式中可以分析，当阶跃信号施加到电容两 端的初期，电容的阻抗与信号上升时间和本身的电 容量有关。 电容所表现出来的阻抗随时间变化，不是恒定 的。正是这种阻抗的变化特性决定了电容对信号影 响的特殊性。如果信号上升时间小于电容的充电时 间，最初电容两端的电压迅速上升，这时阻抗很小。 随着电容充电，电压变化率下降，充电电流减小， 表现为阻抗明显增大。充电时间无穷大时，电容相 当于开路，阻抗无穷大。 阻抗的变化必然影响信号的反射。在充电的开 始一段时间，阻抗很小，小于传输线的特性阻抗， 将发生负反射，反射回源端的信号将产生下冲。随 着电容阻抗的增加，反射逐渐过渡到正反射，源端 的信号经过一个下冲会逐渐升高，最终达到开路电 压。因此电容负载使源端信号产生局部电压凹陷。 对于接收端，可以简单理解为一个RC充电电 路，电容两端电压随RC充电电路的时间常数呈指数 增加。因此电容对接收端信号上升时间产生影响。
叠加217次谐波
高速信号关键概念（续）
左图演示叠加不同频谱成分对上升沿的 影响。 蓝色是基频信号上升边，绿色是叠加了 3次谐波后的波形上升边沿，红色是基频+3 次谐波+5次谐波+7次谐波后的上升边沿， 黑色的是一直叠加到217次谐波后的波形上 升边沿。 可以直观的看到，谐波分量越多，上升 沿越陡峭。 影响信号完整性的不是波形的重复频率， 而是信号的上升时间! 传输线理论认为数字信号的平顶部份频率为 0不予分析，信号的正跳变 tr和负跳变 tf（为便于讨 论假定 tr=tf）把它们之和看作谐波的周期。 谐波频率f=1/T=1/（tr+tf）=1/（2tr）=0.5/tr 。 所以我们把0.5/ tr看作是数字信号的模拟频率，又称一次谐波频率，这个参数在数字电路讨论中 经常要使用。
高速电路设计指南 --传输线分析
高速信号关键概念
高速信号 如果线传播延时大于1/2 数字信号驱动端的上升时间，则认为此类信号是高速信号并产生传输 线效应。 信号上升时间与带宽 对于数字电路，输出通常是方波信号。理想的方波信号包含了无穷多的谐波分量，谐波分量 越多，上升沿越陡峭。上升时间越短，信号的带宽越宽。
高速信号关键概念（续）
实际系统中总会有不理想的因素，造成信号的恶化，引入噪声。下面几种情况都会引入噪声： 1、由于回路阻抗的存在，回路中必然产生压降，导致各逻辑器件之间存在地电位差。 2、某些逻辑系列产品的门限电平是一个温度的函数。 3、快速变化的返回信号电流，流经接地通路电感，引起逻辑器件之间的对地电压变化，例如地弹 噪声。 4、邻近线路上的信号可能通过各自的互容或互感相互耦合，对某个指定的线路产生串扰。 5、振铃、反射、长的线路使二进制信号的形状产生扭曲。 前两种情况在所有电子系统都会存在，无论其运行速度如何。后三种是高速系统特有的。这3个 高速效应都随被传输信号的大小而改变：信号返回电流越大，引起的地电位差越高。信号电压（或 电流）越大，产生的串扰越多，而且传输信号越大，表现出的振铃和反射越严重。因此不论是低速 还是高速系统，都不可避免的引入噪声，而电压容限给了系统调整地余地。
传输线的特征阻抗并不是表示一个串联 在源端和终端之间的一个电阻，应该认为在 源端看来，它是一个阻值为Z0的到地的一个 电阻。
传输线理论讨论的问题是高速谐波信号在传输导线之上的传输问题！
高速信号关键概念（续）
传输线效应 传输线效应主要表现在对时序的影响、信号振铃、信号反射、近端串扰、远端串扰、开关噪声、 非单调性、地弹、电源反弹、衰减、容性负载、电磁辐射、电磁干扰等。
传输线效应(续）
（1）反射\振铃触发因素 传输线长度或阻抗的不连续性都会影响信号反射的程度。 工程中重要的是反射量的大小。表征这一现象的最好的量化方法就是使用反射系数。反射系数 是指反射信号与入射信号幅值之比，其大小为：(Z2-Z1)/ (Z2+Z1)。Z1是第一个区域的特性阻 抗，Z2是第二个区域的特性阻抗。当信号从第一个区域传输到第二个区域时，交界处发生阻抗突 变，因而形成反射。 举个例子看看反射能有多大，假设 Z1=50 欧姆， Z2=75 欧姆，根据公式得到反射系数为： （75-50） / （75+50） =20%。如果入射信号幅度是3.3v，反射电压达到了3.3*20%=0.66v。 当走线上存在阻抗突变就会发生信号反射，这和走线长度无关。但是，如果走线很短，在源端 信号还没上升到高电平时，反射信号就已经回到源端，那么反射信号就被淹没在上升沿中，信号波 形没有太大的改变。走线如果很长，发射端信号已经到达高电平，反射信号才到达源端，那么反射 信号就会叠加在高电平位置，从而造成干扰。那么走线长度就有一个临界值，大于这个值，返回信 号叠加在高电平处，小于这个值反射信号被上升沿淹没。 实际中反射都是发生多次的，虽然第一次信号反射回到源端的时间小于信号上升沿时间，但是 后面的多次反射还会叠加在高电平位置，对信号波形造成干扰。那么，临界长度的合理定义应该是： 能把反射信号的干扰控制在可容忍的范围内的走线长度。这一长度上的信号往返时间要比信号上升 时间小很多。试验中发现的经验数据为，当信号在 pcb走线上的时延高于信号上升沿的 20%时， 信号会产生明显的振铃。
传输线效应(续）
传输线效应（续）
一个易记的经验法则是：为避免信号完整性出问题，没有终端匹配的FR4传输线最大容许长度约 为：
其中： Lenmax 没有终端匹配的传输线最大允许长度，单位in RT 信号上升边，单位ns 经验法则：没有终端匹配的传输线最大允许长度的英寸(inch)值等于信号上升边的纳秒(ns)值。 也就是说，如果上升时间是1 ns,则没有终端端接的传输线的最大长度约为1 in, 如果上升时间为0.1 ns,则最大长度为0.1 in. 上面的经验公式是一个非常有用的经验公式，它可以用于各种不同的情况中，比如阻抗突变的 长度，比如短桩线的长度对反射的影响
传输线理论讨论的问题是高速谐波信号在传输导线之上的传输问题！
高速信号关键概念（续）
信号电压容限 在高速电路设计中，有很大一部分工作是进行噪声预算，规划系统各种噪声源产生噪声大小。 这就涉及到一个非常基础但十分重要的概念：电压容限。
电压容限为处理电路系统中各种不理想因素提供了一个 缓冲地带，使得系统能够在一定程度上容忍发送和接收过程中 的信号畸变。电压容限在系统噪声预算设计中占有重要的作 用，系统最终的噪声总量不能超过电压容限，否则，信号进入 接收端的不定态区域时，系统将无法正常工作。
芯片 A的输出变化，产生地弹。这对芯片 A的输入逻辑是有影响的。接收逻辑把输入电压和芯片 内部的地电压差分比较确定输入，因此从接收逻辑来看就象输入信号本身叠加了一个与地弹噪声相同 的噪声。
传输线效应（续）