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信号完整性(二):接纳端容性负载的反射

信号的接收端可能是集成芯片的一个引脚,也可能是其他元器件。不论接收端是什么,实际的器件的输入端必然存在寄生电容,接受信号的芯片引脚和相邻引脚

信号的接纳端或许是集成芯片的一个引脚,也或许是其他元器材。不管接纳端是什么,实践的器材的输入端必定存在寄生电容,承受信号的芯片引脚和相邻引脚之间有必定的寄生电容,和引脚相连的芯片内部的布线也会存在寄生电容,别的引脚和信号回来途径之间也会存在寄生电容。

好杂乱,这么多寄生电容!其实很简略,想想电容是什么?两个金属板,中心是某种绝缘介质。这个界说中并没有说两个金属板是什么形状的,芯片两个相邻引脚也能够看做是电容的两个金属板,中心介质是空气,不便是一个电容么。芯片引脚和PCB板内层的电源或地平面也是一对金属板,中心介质是PCB板的板材,常见的是FR4资料,也是一个电容。呵呵,搞来搞去,仍是回到了最根底的部分。高手不要笑,太简略了。不过的确许多人看到寄生电容就感到有点晕,了解不透,所以在这儿嗦一下。

回到正题,下面研究一下信号终端的电容有什么影响。将模型简化,用一个分立电容元件替代一切寄生电容,如图1所示。


咱们调查B点电容的阻抗状况。电容的电流为:


跟着电容的充电,电压改变率逐步减小(电路原理中的瞬态进程),电容的充电电流也不断减小。即电容的充电电流是随时刻改变的。

电容的阻抗为:


因而电容所表现出来的阻抗随时刻改变,不是稳定的。正是这种阻抗的改变特性决议了电容对信号影响的特殊性。假如信号上升时刻小于电容的充电时刻,开端电容两头的电压敏捷上升,这时阻抗很小。跟着电容充电,电压改变率下降,充电电流减小,表现为阻抗显着增大。充电时刻无穷大时,电容相当于开路,阻抗无穷大。

阻抗的改变必定影响信号的反射。在充电的开端一段时刻,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A点的信号将发生下冲。跟着电容阻抗的添加,反射逐步过渡到正反射,A点的信号通过一个下冲会逐步升高,终究到达开路电压。

因而电容负载使源端信号发生部分电压洼陷。准确波形和传输线的特性阻抗、电容量、信号上升时刻有关。

关于接纳端,很显着,便是一个RC充电电路,不是很谨慎,可是和实践状况十分类似。电容两头电压,即B点电压随RC充电电路的时刻常数呈指数添加(根本电路原理)。因而电容对接纳端信号上升时刻发生影响。

RC充电电路的时刻常数为


这是B点电压上升到电压终值的即37%所需的时刻。B点电压10%~90%上升时刻为


假如传输线特性阻抗为50欧姆,电容量10pF,则10~90充电时刻为1.1ns。假如信号上升时刻小于1.1ns,那么B点电压上升时刻主要由电容充电时刻决议。假如信号上升时刻大于1.1ns,结尾电容器作用是使上升时刻进一步延伸,添加约1.1ns(实践应比这个值小)。图2显现了终端电容负载对驱动端和承受端发生影响的示意图,放在这儿,让我们能有个理性的知道。


至于信号上升时刻添加的准确值是多少,关于电路规划来说没必要,只需定性的剖析,有个大致的预算就能够了。由于核算再准确也没实践意义,电路板的参数也不准确!关于规划者来说,定性剖析并了解影响,大致预算出影响在那个量级,能给电路规划供给辅导就能够了,其他的事软件来做吧。举个比方,假如信号上升时刻 1ns,电容使信号上升时刻添加远小于1ns,比方0.2 ns,那么这么一点点添加或许不会有什么影响。假如电容形成的上升时刻添加许多,那或许就会对电路时序发生影响。那么多少算许多?看看电路的时序余量吧,这涉及到电路的时序剖析和时序规划。

总归接纳端电容负载的影响有两点:

1、使源端(驱动端)信号发生部分电压洼陷。

2、接纳端信号上升时刻延伸。

在电路规划中这两点都要考虑。

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