100條估計信號完整性效應的經驗法則(一)
發布時間:2019-09-11 責任編輯:wenwei
【導讀】隨著現代數字電子係統突破1GHz的壁壘,PCB板級設計和IC封feng裝zhuang設she計ji必bi須xu都dou要yao考kao慮lv到dao信xin號hao完wan整zheng性xing和he電dian氣qi性xing能neng問wen題ti。凡fan是shi介jie入ru物wu理li設she計ji的de人ren都dou可ke能neng會hui影ying響xiang產chan品pin的de性xing能neng。所suo有you的de設she計ji師shi都dou應ying該gai了le解jie設she計ji如ru何he影ying響xiang信xin號hao完wan整zheng性xing,至zhi少shao能neng夠gou和he信xin號hao完wan整zheng性xing專zhuan業ye的de工gong程cheng師shi進jin行xing技ji術shu上shang的de溝gou通tong。當dang快kuai速su地di得de到dao粗cu略lve的de結jie果guo比bi以yi後hou得de到dao精jing確que的de結jie果guo更geng重zhong要yao時shi,我wo們men就jiu使shi用yong經jing驗yan法fa則ze。

jingyanfazezhishiyizhongdagaidejinsigusuan,tadeshejimudeshiyizuixiaodegongzuoliang,yijingyanweijichuzhaodaoyigekuaisudedaan。jingyanfazeshigusuandechufadian,takeyibangzhuwomenqufen5或50,而er且qie它ta能neng幫bang助zhu我wo們men在zai設she計ji的de早zao期qi階jie段duan就jiu對dui設she計ji有you較jiao好hao的de整zheng體ti規gui劃hua。在zai速su度du和he精jing度du的de權quan衡heng之zhi間jian,經jing驗yan法fa則ze傾qing向xiang於yu速su度du,但dan它ta並bing不bu是shi很hen準zhun確que。
當然,不可以盲目的使用經驗法則,它必須基於對基本理論的深刻了解和良好的工程判斷能力。
當精確度很重要時,例如在設計中某個數值偏離百分之幾就要付出百萬美元的代價,就必須使用驗證過的數值仿真工具。
估計信號完整性效應的經驗法則(1-50):
1、信號上升時間約是時鍾周期的10%,即1/10*1/Fclock。例如100MHz時鍾的上升時間大約是1NS。
2、理想方波N次諧波的振幅約是時鍾電壓副值的2/(Nπ)倍。例如,1V時鍾信號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、信號的帶寬和上升時間的關係為:BW=0.35/RT。例如,如果上升時間是1ns,則帶寬是350MHz。如果互連線的帶寬是3GHz,則它可傳輸的最短上升時間約為0.1ns。
4、如果不知道上升時間,可以認為信號帶寬約是時鍾頻率的5倍。
5、LC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,軸向引腳電阻可以看作理想電阻;在2GHz內,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的鍵合線的單位長度電阻約是1歐姆/inch。
9、24AWG線的直徑約是20mil,電阻率約為25毫歐姆/ft。
10、1盎司銅線條的方塊電阻率約是每方塊0.5毫歐姆。
11、在10MHz時,1盎司銅線條就開始具有趨膚效應。
12、直徑為1inch球麵的電容約是2pF。
13、硬幣般大小的一對平行板,板間填充空氣時,它們間的電容約為1pF。
14、當電容器量板間的距離與板子的寬度相當時,則邊緣電容與平行板形成的產生的電容相等。例如,在估算線寬為10mil、介質厚度為10mil的微帶線的平行板電容時,其估算值為1pF/inch,但實際的電容約是上述的兩倍,也就是2pF/inch。
15、如果問對材料特性一無所知,隻知道它是有機絕緣體,則認為它的介電常數約為4。
16、1片功率為1W的芯片,去耦電容(F)可以提供電荷使電壓降小於5%的時間(S)是C/2。
17、在典型電路板中,當介質厚度為10mil時,電源和地平麵間的耦合電容是100pF/inch2,並且它與介質厚度成反比。
18、如果50歐姆微帶線的體介電常數為4,則它的有效介電常數為3。
19、直徑為1mil的圓導線的局部電感約是25nH/inch或1nH/mm。
20、由10mil厚的線條做成直徑為1inch的一個圓環線圈,它的大小相當於拇指和食指圍在一起,其回路電感約為85nH。
21、直徑為1inch的圓環的單位長度電感約是25nH/inch或1nH/mm。例如,如果封裝引線是環形線的一部分,且長為0.5inch,則它的電感約是12nH。
22、當一對圓杆的中心距離小於它們各自長度的10%時,局部互感約是各自的局部互感的50%。
23、當一對圓杆中心距與它們的自身長度相當時,它們之間的局部互感比它們各自的局部互感的10%還要少。
24、SMT電容(包括表麵布線、過孔以及電容自身)的回路電感大概為2nH,要將此數值降至1nH以下還需要許多工作。
25、平麵對上單位麵積的回路電感是33pH x 介質厚度(mil)。
26、過孔的直徑越大,它的擴散電感就越低。一個直徑為25mil過孔的擴散電感約為50pH。
27、如果有一個出沙孔區域,當空閑麵積占到50%時,將會使平麵對間的回路電感增加25%。
28、銅的趨膚深度與頻率的平方跟成反比。1GHz時,其為2μM。所以,10MHz時,銅的趨膚是20μM。
29、在50歐姆的1盎司銅傳輸線中,當頻率約高於50MHz時,單位長度回路電感為一常數。這說明在頻率高於50MHz時,特性阻抗時一常數。
30、銅中電子的速度極慢,相當於螞蟻的速度,也就是1cm/s。
31、信號在空氣中的速度約是12inch/ns。大多數聚合材料中的信號速度約為6inch/ns。
32、大多數輾壓材料中,線延遲1/V約是170ps/inch。
33、信號的空間延伸等於上升時間 X 速度,即RT x 6inch/ns。
34、傳輸線的特性阻抗與單位長度電容成反比。
35、FR4中,所有50歐姆傳輸線的單位長度電容約為3.3pF/inch。
36、FR4中,所有50歐姆傳輸線的單位長度電感約為8.3nH/inch。
37、對於FR4中的50歐姆微帶線,其介質厚度約是線寬的一半。
38、對於FR4中的50歐姆帶狀線,其平麵間的間隔是信號線線寬的2倍。
39、在遠小於信號的返回時間之內,傳輸線的阻抗就是特性阻抗。例如,當驅動一段3inch長的50歐姆傳輸線時,所有上升時間短於1ns的驅動源,在沿線傳輸並發生上升跳變時間內感受到的就是50歐姆恒定負載。
40、一段傳輸線的總電容和時延的關係為C=TD/Z0。
41、一段傳輸線的總回路電感和時延的關係為L=TDxZ0。
42、如果50歐姆微帶線中的返回路徑寬度與信號線寬相等,則其特性阻抗比返回路徑無限寬時的特性阻抗高20%。
43、如果50歐姆微帶線中的返回路徑寬度至少是信號線寬的3倍,則其特性阻抗與返回路徑無限寬時的特性阻抗的偏差小於1%。
44、布線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、微帶線內部的阻焊厚度會使特性阻抗減小,厚度增加1mil,阻抗減少2歐姆。
46、為了得到集總電路的精確近似,在每個上升時間的空間延伸裏至少需要有3.5個LC節。
47、單節LC模型的帶寬是0.1/TD。
48、如果傳輸線時延比信號上升時間的20%短,就不需要對傳輸線進行端接。
49、在50歐姆係統中,5歐姆的阻抗變化引起的反射係數是5%。
50、保持所有的突變(inch)盡量短於上升時間(ns)的量值。
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