高速電路傳輸線效應(yīng)和信號完整性問題分析

5 電磁輻射

EMI(Electro-Magnetic Interference)即電磁干擾，產(chǎn)生的問題包含過量的電磁輻射及對電磁輻射的敏感性兩方面。EMI表現(xiàn)為當數(shù)字系統(tǒng)加電運行時，會對周圍環(huán)境輻射電磁波，從而干擾周圍環(huán)境中電子設(shè)備的正常工作。它產(chǎn)生的主要原因是電路工作頻率太高以及布局布線不合理。目前已有進行 EMI仿真的軟件工具，但EMI仿真器都很昂貴，仿真參數(shù)和邊界條件設(shè)置又很困難，這將直接影響仿真結(jié)果的準確性和實用性。最通常的做法是將控制EMI的各項設(shè)計規(guī)則應(yīng)用在設(shè)計的每一環(huán)節(jié)，實現(xiàn)在設(shè)計各環(huán)節(jié)上的規(guī)則驅(qū)動和控制。

避免傳輸線效應(yīng)的方法

針對上述傳輸線問題所引入的影響，我們從以下幾方面談?wù)効刂七@些影響的方法。

1 嚴格控制關(guān)鍵網(wǎng)線的走線長度

如果設(shè)計中有高速跳變的邊沿，就必須考慮到在PCB板上存在傳輸線效應(yīng)的問題?，F(xiàn)在普遍使用的很高時鐘頻率的快速集成電路芯片更是存在這樣的問題。解決這個問題有一些基本原則：如果采用CMOS或TTL電路進行設(shè)計，工作頻率小于10MHz，布線長度應(yīng)不大于7英寸。工作頻率在50MHz布線長度應(yīng)不大于1.5英寸。如果工作頻率達到或超過75MHz布線長度應(yīng)在1英寸。對于GaAs芯片最大的布線長度應(yīng)為0.3英寸。如果超過這個標準，就要通過軟件仿真來定位走線.走線的精確長度需物理軟件(如:PADS等)控制.

2 合理規(guī)劃走線的拓撲結(jié)構(gòu)

解決傳輸線效應(yīng)的另一個方法是選擇正確的布線路徑和終端拓撲結(jié)構(gòu)。當使用高速邏輯器件時，除非走線分支長度保持很短，否則邊沿快速變化的信號將被信號主干走線上的分支走線所扭曲。通常情形下，PCB走線采用兩種基本拓撲結(jié)構(gòu)，即菊花鏈(Daisy Chain)布線和星形(Star)分布。

對于菊花鏈布線，布線從驅(qū)動端開始，依次到達各接收端。如果使用串聯(lián)電阻來改變信號特性，串聯(lián)電阻的位置應(yīng)該緊靠驅(qū)動端。在控制走線的高次諧波干擾方面，菊花鏈走線效果最好。但這種走線方式布通率最低，不容易100%布通。實際設(shè)計中，我們是使菊花鏈布線中分支長度盡可能短，安全的長度值應(yīng)該是：Stub Delay = Trt *0.1

星形拓撲結(jié)構(gòu)可以有效的避免時鐘信號的不同步問題，但在密度很高的PCB板上手工完成布線十分困難。采用自動布線器是完成星型布線的最好的方法。每條分支上都需要終端電阻。終端電阻的阻值應(yīng)和連線的特征阻抗相匹配。這可通過軟件仿真計算，得到特征阻抗值和終端匹配電阻值。