國(guó)外大師告訴你：信號(hào)完整性經(jīng)驗(yàn)100條！

2016-11-06 by:CAE仿真在線(xiàn) 來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

RF&MW

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1信號(hào)上升時(shí)間約是時(shí)鐘周期的10%,即1/10x1/Fclock。例如100MHZ 使中的上升時(shí)間大約是1NS.2

理想方波的N 次諧波的振幅約是時(shí)鐘電壓副值的2/(N 派)倍。例如,1V時(shí)鐘信號(hào)的第一次諧波幅度約為0.6V,第三次諧波的幅度約是0.2V。

3信號(hào)的帶寬和上升時(shí)間的關(guān)系為:BW=0.35/RT。例如,如果上升時(shí)間是1NS,則帶寬是350MHZ。如果互連線(xiàn)的帶寬是3GHZ,則它可傳輸?shù)淖疃躺仙龝r(shí)間約為0.1NS。4如果不知道上升時(shí)間,可以認(rèn)為信號(hào)帶寬約是時(shí)鐘頻率的5 倍。5LC 電路的諧振頻率是5GHZ/sqrt(LC),L 的單位為NH,C 的單位為PF.6在400MHZ 內(nèi),軸向引腳電阻可以看作理想電阻;在2GHZ 內(nèi),SMT0603電阻可看作理想電阻。7軸向引腳電阻的ESL(引腳電阻)約為8NH,SMT 電阻的ESL 約是1.5NH。8直徑為1MIL 的近鍵合線(xiàn)的單位長(zhǎng)度電阻約是1 歐姆/IN。924AWG 線(xiàn)的直徑約是20MIL,電阻率約為25 毫歐姆/FT。10 1 盎司桶線(xiàn)條的方塊電阻率約是每方塊0.5 豪歐姆。11在10MHZ 時(shí),1 盎司銅線(xiàn)條就開(kāi)始具有趨膚效應(yīng)。12直徑為1IN 球面的電容約是2PF。13

硬幣般大小的一對(duì)平行板,板間填充空氣時(shí),他們間的電容約為1PF。

14當(dāng)電容器量板間的距離與板子的寬度相當(dāng)時(shí),則邊緣產(chǎn)生的電容與平行板形成的產(chǎn)生的電容相等。例如,在估算線(xiàn)寬為10MIL、介質(zhì)厚度為10MIL的微帶線(xiàn)的平行板電容時(shí),其估算值為1PF/IN,但實(shí)際的電容約是上述的兩倍,也就是2PF/IN。15如果問(wèn)對(duì)材料特性一無(wú)所知,只知道它是有機(jī)絕緣體,則認(rèn)為它的介電常數(shù)約為4。161 片功率為1W 的芯片,去耦電容(F)可以提供電荷使電壓降小于小于5%的時(shí)間(S)是C/2。17在典型電路板鐘,當(dāng)介質(zhì)厚度為10MIL 時(shí),電源和地平面間的耦合電容是100PF/IN 平方,并且它與介質(zhì)厚度成反比。18如果50 歐姆微帶線(xiàn)的體介電常數(shù)為4,則它的有效介電常數(shù)為3。19 直徑為1MIL 的圓導(dǎo)線(xiàn)的局部電感約是25NH/IN 或1NH/MM。20由10MIL 厚的線(xiàn)條做成直徑為1IN 的一個(gè)圓環(huán)線(xiàn)圈,它的大小相當(dāng)于拇指和食指圍在一起,其回路電感約為85NH。21 直徑為1IN 的圓環(huán)的單位長(zhǎng)度電感約是25NH/IN 或1NH/MM。例如,如果封裝引線(xiàn)是環(huán)形線(xiàn)的一部分,且長(zhǎng)為0.5IN,則它的電感約是12NH。22當(dāng)一對(duì)圓桿的中心距離小于它們各自長(zhǎng)度的10%時(shí),局部互感約是各自的局部互感的50%。23當(dāng)一對(duì)圓桿中心距與它們的自身長(zhǎng)度相當(dāng)時(shí),它們之間的局部互感比它們各自的局部互感的10%還要少。24SMT 電容(包括表面布線(xiàn)、過(guò)孔以及電容自身)的回路電感大概為2NH,要將此數(shù)值降至1NH 以下還需要許多工作。25

平面對(duì)上單位面積的回路電感是33PHx 介質(zhì)厚度(MIL)。

26過(guò)孔的直徑越大,它的擴(kuò)散電感就越低。一個(gè)直徑為25MIL 過(guò)孔的擴(kuò)散電感約為50PH。27如果有一個(gè)出沙孔區(qū)域,當(dāng)空閑面積占到50%時(shí),將會(huì)使平面對(duì)間的回路電感增加25%。28銅的趨膚深度與頻率的平方跟成反比。1GHZ 時(shí),其為2UM。所以,10MHZ 時(shí),銅的趨膚是20UM。29在50 歐姆的1 盎司銅傳輸線(xiàn)中,當(dāng)頻率約高于50MHZ 時(shí),單位長(zhǎng)度回路電感為一常數(shù)。這說(shuō)明在頻率高于50MHZ 時(shí),特性阻抗時(shí)一常數(shù)。30銅中電子的速度極慢,相當(dāng)于螞蟻的速度,也就是1CM/S。31信號(hào)在空氣中的速度約是12IN/NS。大多數(shù)聚合材料中的信號(hào)速度約為6IN/NS。32大多數(shù)輾壓材料中,線(xiàn)延遲1/V 約是170PS/IN。33 信號(hào)的空間延伸等于上升時(shí)間X 速度,即RTx6IN/NS。34傳輸線(xiàn)的特性阻抗與單位長(zhǎng)度電容成反比。35FR4 中,所有50 歐姆傳輸線(xiàn)的單位長(zhǎng)度電容約為3.3PF/IN。36FR4 中,所有50 歐姆傳輸線(xiàn)的單位長(zhǎng)度電感約為8.3NH/IN。37對(duì)于FR4 中的50 歐姆微帶線(xiàn),其介質(zhì)厚度約是線(xiàn)寬的一半。38

對(duì)于FR4 中的50 歐姆帶狀線(xiàn),其平面間的間隔時(shí)信號(hào)線(xiàn)線(xiàn)寬的2 倍。

39 在遠(yuǎn)小于信號(hào)的返回時(shí)間之內(nèi),傳輸線(xiàn)的阻抗就是特性阻抗。例如,當(dāng)驅(qū)動(dòng)一段3IN 長(zhǎng)的50 歐姆傳輸線(xiàn)時(shí),所有上升時(shí)間短與1NS 的驅(qū)動(dòng)源在沿線(xiàn)傳輸并發(fā)生上升跳變時(shí)間內(nèi)感受到的就是50 歐姆恒定負(fù)載。40 一段傳輸線(xiàn)的總電容和時(shí)延的關(guān)系為C=TD/Z0。41 一段傳輸線(xiàn)的總回路電感和時(shí)延的關(guān)系為L(zhǎng)=TDxZ0。42如果50 歐姆微帶線(xiàn)中的返回路徑寬度與信號(hào)線(xiàn)寬相等,則其特性阻抗比返回路徑無(wú)限寬時(shí)的特性阻抗高20%。43如果50 歐姆微帶線(xiàn)中的返回路徑寬度至少時(shí)信號(hào)線(xiàn)寬的3 倍,則其特性阻抗與返回路徑無(wú)限寬時(shí)的特性阻抗的偏差小于1%。44布線(xiàn)的厚度可以影響特性阻抗,厚度增加1MIL,阻抗就減少2 歐姆。45微帶線(xiàn)定部的阻焊厚度會(huì)使特性阻抗減小,厚度增加1MIL,阻抗減少2歐姆。46為了得到精確的集總電路近似,在每個(gè)上升時(shí)間的空間延伸里至少需要有3.5 個(gè)LC 節(jié)。47單節(jié)LC 模型的帶寬是0.1/TD。48如果傳輸線(xiàn)時(shí)延比信號(hào)上升時(shí)間的20%短,就不需要對(duì)傳輸線(xiàn)進(jìn)行端接。49在50 歐姆系統(tǒng)中,5 歐姆的阻抗變化引起的反射系數(shù)是5%。50保持所有的突變(IN)盡量短于上升時(shí)間(NS)的量值。51遠(yuǎn)端容性負(fù)載會(huì)增加信號(hào)的上升時(shí)間。10-90 上升時(shí)間約是(100xC)PS,其中C 的單位是PF。52 如果突變的電容小于0.004XRT,則可能不會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題。53 50 歐姆傳輸線(xiàn)中拐角的電容(Ff)是線(xiàn)寬(MIL)的2 倍。54 容性突變會(huì)使50%點(diǎn)的時(shí)延約增加0.5XZ0XC。55如果突變的電感(NH)小于上升時(shí)間(NS)的10 倍,則不會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題。56對(duì)上升時(shí)間少于1NS 的信號(hào),回路電感約為10NH 的軸向引腳電阻可能會(huì)產(chǎn)生較多的反射噪聲,這時(shí)可換成片式電阻。57

在50 歐姆系統(tǒng)中,需要用4PF 電容來(lái)補(bǔ)償10NH 的電感。

581GHZ 時(shí),1 盎司銅線(xiàn)的電阻約是其在DC 狀態(tài)下電阻的15 倍。591GHZ 時(shí),8MIL 寬的線(xiàn)條的電阻產(chǎn)生的衰減與介質(zhì)此材料產(chǎn)生的衰減相當(dāng),并且介質(zhì)材料產(chǎn)生的衰減隨著頻率變化得更快。60對(duì)于3MIL或更寬的線(xiàn)條而言,低損耗狀態(tài)全是發(fā)生在10MHZ頻率以上。在低損耗狀態(tài)時(shí),特性阻抗以及信號(hào)速度與損耗和頻率無(wú)關(guān)。在常見(jiàn)的級(jí)互連中不存在由損耗引起的色散現(xiàn)象。61-3DB 衰減相當(dāng)于初始信號(hào)功率減小到50%,初始電壓幅度減小到70%。62-20DB 衰減相當(dāng)于初始信號(hào)功率減小到1%,初始電壓幅度減小到10%。63當(dāng)處于趨膚效應(yīng)狀態(tài)時(shí),信號(hào)路徑與返回路徑的單位長(zhǎng)度串聯(lián)約是(8/W)Xsqrt(f)(其中線(xiàn)寬W:MIL;頻率F:GHZ)。6450 歐姆的傳輸線(xiàn)中,由導(dǎo)體產(chǎn)生的單位長(zhǎng)度衰減約是36/(Wz0)DB/IN。65FR4 的耗散因子約是0.02。661GHZ 時(shí),FR4 中由介質(zhì)材料產(chǎn)生的衰減約是0.1DB/IN,并隨頻率線(xiàn)性增加。67對(duì)于FR4 中的8MIL 寬、50 歐姆傳輸線(xiàn),在1GHZ 時(shí),其導(dǎo)體損耗與介質(zhì)材料損耗相等。68

受損耗因子的制約,FR4 互連線(xiàn)(其長(zhǎng)是LEN)的帶寬約是30GHZ/LEN。

69FR4 互連線(xiàn)可以傳播的最短時(shí)間是10PS/INxLEN。70 如果互連線(xiàn)長(zhǎng)度(IN)大于上升時(shí)間(NS)的50 倍,則FR4 介質(zhì)板中由損耗引起的上升邊退化是不可忽視的。71一對(duì)50 歐姆微帶傳輸線(xiàn)中,線(xiàn)間距與線(xiàn)寬相等時(shí),信號(hào)線(xiàn)間的耦合電容約占5%。72一對(duì)50 歐姆微帶傳輸線(xiàn)中,線(xiàn)間距與線(xiàn)寬相等時(shí),信號(hào)線(xiàn)間的耦合電感約占15%。73

對(duì)于1NS 的上升時(shí)間,FR4 中近端噪聲的飽和長(zhǎng)度是6IN,它與上升時(shí)間成比例。

一跟線(xiàn)的負(fù)載電容是一個(gè)常數(shù),與附近其他線(xiàn)條的接近程度無(wú)關(guān)。

75 對(duì)于50 歐姆微帶線(xiàn),線(xiàn)間距與線(xiàn)寬相等時(shí),近端串?dāng)_約為5%。76對(duì)于50 歐姆微帶線(xiàn),線(xiàn)間距是線(xiàn)寬的2 倍時(shí),近端串?dāng)_約為2%。77對(duì)于50 歐姆微帶線(xiàn),線(xiàn)間距是線(xiàn)寬的3 倍時(shí),近端串?dāng)_約為1%。78對(duì)于50 歐姆帶狀線(xiàn),線(xiàn)間距與線(xiàn)寬相等時(shí),近端串?dāng)_約為6%。79

對(duì)于50 歐姆帶狀線(xiàn),線(xiàn)間距是線(xiàn)寬的2 倍時(shí),近端串?dāng)_約為2%。

對(duì)于50 歐姆帶狀線(xiàn),線(xiàn)間距是線(xiàn)寬的3 倍時(shí),近端串?dāng)_約為0.5%。

81一對(duì)50 歐姆微帶傳輸線(xiàn)中,間距與線(xiàn)寬相等時(shí),遠(yuǎn)端噪聲是4%Xtd/rt。如果線(xiàn)時(shí)延是1ns,上升時(shí)間時(shí)0.5ns,則遠(yuǎn)端噪聲是8%。82 一對(duì)50 歐姆微帶傳輸線(xiàn)中,間距是線(xiàn)寬的2 倍時(shí),遠(yuǎn)端噪聲是2%Xtd/rt。如果線(xiàn)時(shí)延是1ns,上升時(shí)間時(shí)0.5ns,則遠(yuǎn)端噪聲是4%。83一對(duì)50歐姆微帶傳輸線(xiàn)中,間距是線(xiàn)寬的3 倍時(shí),遠(yuǎn)端噪聲是1.5%Xtd/rt。如果線(xiàn)時(shí)延是1ns,上升時(shí)間時(shí)0.5ns,則遠(yuǎn)端噪聲是4%。84帶狀線(xiàn)或者完全嵌入式微帶線(xiàn)上沒(méi)有遠(yuǎn)端噪聲。85

在50 歐姆總線(xiàn)中,不管是帶狀線(xiàn)還是微帶線(xiàn),要使最懷情況下的遠(yuǎn)端噪聲低于5%,就必須保持線(xiàn)間距大于線(xiàn)寬的2 倍。

在50 歐姆總線(xiàn)中,線(xiàn)間距離等于線(xiàn)寬時(shí),受害線(xiàn)上75%的竄擾來(lái)源于受害線(xiàn)兩邊鄰近的那兩跟線(xiàn)。

在50 歐姆總線(xiàn)中,線(xiàn)間距離等于線(xiàn)寬時(shí),受害線(xiàn)上95%的竄擾來(lái)源于受害線(xiàn)兩邊距離最近的每邊各兩根線(xiàn)條。

88在50 歐姆總線(xiàn)中,線(xiàn)間距離是線(xiàn)寬的2 倍時(shí),受害線(xiàn)上100%的竄擾來(lái)源于受害線(xiàn)兩邊鄰近的那兩根線(xiàn)條。這是忽略與總線(xiàn)中其他所有線(xiàn)條間的耦合。89 對(duì)于表面布線(xiàn),加大相鄰信號(hào)線(xiàn)間的距離使之足以添加一個(gè)防護(hù)布線(xiàn),串?dāng)_常常就會(huì)減小到一個(gè)可以接受的水平,而且這是沒(méi)必要增加防護(hù)布線(xiàn)。添加終端短接的防護(hù)布線(xiàn)可將串?dāng)_減小到50%。90對(duì)于帶狀線(xiàn),使用防護(hù)線(xiàn)可以使串?dāng)_減小到不用防護(hù)線(xiàn)時(shí)的10%。91 為了保持開(kāi)關(guān)噪聲在可以接受的水平,必須時(shí)互感小于2.5nhx 上升時(shí)間(ns)。92對(duì)于受開(kāi)關(guān)噪聲限制的接插件或者封裝來(lái)說(shuō),最大可用的時(shí)鐘頻率是250MHZ/(NxLm)。其中,Lm 是信號(hào)/返回路徑對(duì)之間的互感(nh),N 是同時(shí)開(kāi)館的數(shù)量。93 在LVDS 信號(hào)中,共模信號(hào)分量是比差分信號(hào)分量達(dá)2 倍以上。94 如果之間沒(méi)有耦合,差分對(duì)的差分阻抗是其中任意一個(gè)單端線(xiàn)阻抗的2倍。95一對(duì)50 歐姆微帶線(xiàn),只要其中一跟線(xiàn)的電壓維持在高或低不變,則另一跟線(xiàn)的單端特性阻抗就與鄰近線(xiàn)的距離完全無(wú)關(guān)。96在緊耦合差分微帶線(xiàn)中,與線(xiàn)寬等于線(xiàn)間距時(shí)的耦合相比,線(xiàn)條離得很遠(yuǎn)而沒(méi)有耦合時(shí),差分特性阻抗僅會(huì)降低10%左右。97對(duì)于寬邊耦合差分對(duì),線(xiàn)條間的距離應(yīng)至少比線(xiàn)寬大,這么做的目的是為了獲得可高達(dá)100 歐姆的查分阻抗。98 FCC的B級(jí)要求是,在100MHZ 時(shí),3M遠(yuǎn)處的遠(yuǎn)場(chǎng)強(qiáng)度要小于150UV/M.99鄰近的單端攻擊次線(xiàn)在強(qiáng)耦合差分對(duì)上產(chǎn)生的差分信號(hào)串?dāng)_比弱耦合差分對(duì)上的少30%。100 鄰近的單端攻擊次線(xiàn)在強(qiáng)耦合差分對(duì)上產(chǎn)生的共模信號(hào)串?dāng)_比弱耦合差分對(duì)上的多30%。

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