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時鐘分相技術應用

摘要: 介紹了時鐘分相技術并討論了時鐘分相技術在高速數字電路設計中的作用。關鍵詞: 時鐘分相技術; 應用中圖分類號: TN 79　　文獻標識碼:A 　　文章編號: 025820934 (2000) 0620437203 時鐘是高速數字電路設計的關鍵技術之一, 系統時鐘的性能好壞, 直接影響了整個電路的性能。尤其現代電子系統對性能的越來越高的要求, 迫使我們集中更多的注意力在更高頻率、更高精度的時鐘設計上面。但隨著系統時鐘頻率的升高。我們的系統設計將面臨一系列的問題。 1) 時鐘的快速電平切換將給電路帶來的串擾(Crosstalk) 和其他的噪聲。 2) 高速的時鐘對電路板的設計提出了更高的要求: 我們應引入傳輸線(T ransm ission L ine) 模型, 并在信號的匹配上有更多的考慮。 3) 在系統時鐘高于100MHz 的情況下, 應使用高速芯片來達到所需的速度, 如ECL 芯片, 但這種芯片一般功耗很大, 再加上匹配電阻增加的功耗, 使整個系統所需要的電流增大, 發熱量增多, 對系統的穩定性和集成度有不利的影響。 4) 高頻時鐘相應的電磁輻射(EM I) 比較嚴重。所以在高速數字系統設計中對高頻時鐘信號的處理應格外慎重, 盡量減少電路中高頻信號的成分, 這里介紹一種很好的解決方法, 即利用時鐘分相技術, 以低頻的時鐘實現高頻的處理。 1　時鐘分相技術我們知道, 時鐘信號的一個周期按相位來分, 可以分為360°。所謂時鐘分相技術, 就是把時鐘周期的多個相位都加以利用, 以達到更高的時間分辨。在通常的設計中, 我們只用到時鐘的上升沿(0 相位) , 如果把時鐘的下降沿(180°相位) 也加以利用, 系統的時間分辨能力就可以提高一倍(如圖1a 所示)。同理, 將時鐘分為4 個相位(0°、90°、180°和270°) , 系統的時間分辨就可以提高為原來的4 倍(如圖1b 所示)。以前也有人嘗試過用專門的延遲線或邏輯門延時來達到時鐘分相的目的。用這種方法產生的相位差不夠準確, 而且引起的時間偏移(Skew ) 和抖動 (J itters) 比較大, 無法實現高精度的時間分辨。近年來半導體技術的發展, 使高質量的分相功能在一片芯片內實現成為可能, 如AMCC 公司的S4405, CY2 PRESS 公司的CY9901 和CY9911, 都是性能優異的時鐘芯片。這些芯片的出現, 大大促進了時鐘分相技術在實際電路中的應用。我們在這方面作了一些嘗試性的工作: 要獲得良好的時間性能, 必須確保分相時鐘的Skew 和J itters 都比較小。因此在我們的設計中, 通常用一個低頻、高精度的晶體作為時鐘源, 將這個低頻時鐘通過一個鎖相環(PLL ) , 獲得一個較高頻率的、比較純凈的時鐘, 對這個時鐘進行分相, 就可獲得高穩定、低抖動的分相時鐘。這部分電路在實際運用中獲得了很好的效果。下面以應用的實例加以說明。2　應用實例 2. 1　應用在接入網中在通訊系統中, 由于要減少傳輸上的硬件開銷, 一般以串行模式傳輸圖3　時鐘分為4 個相位數據, 與其同步的時鐘信號并不傳輸。但本地接收到數據時, 為了準確地獲取數據, 必須得到數據時鐘, 即要獲取與數據同步的時鐘信號。在接入網中, 數據傳輸的結構如圖2 所示。數據以68MBös 的速率傳輸, 即每個bit 占有14. 7ns 的寬度, 在每個數據幀的開頭有一個用于同步檢測的頭部信息。我們要找到與它同步性好的時鐘信號, 一般時間分辨應該達到1ö4 的時鐘周期。即14. 7ö 4≈ 3. 7ns, 這就是說, 系統時鐘頻率應在300MHz 以上, 在這種頻率下, 我們必須使用ECL inp s 芯片(ECL inp s 是ECL 芯片系列中速度最快的, 其典型門延遲為340p s) , 如前所述, 這樣對整個系統設計帶來很多的困擾。我們在這里使用鎖相環和時鐘分相技術, 將一個16MHz 晶振作為時鐘源, 經過鎖相環 89429 升頻得到68MHz 的時鐘, 再經過分相芯片AMCCS4405 分成4 個相位, 如圖3 所示。我們只要從4 個相位的68MHz 時鐘中選擇出與數據同步性最好的一個。選擇的依據是: 在每個數據幀的頭部(HEAD) 都有一個8bit 的KWD (KeyWord) (如圖1 所示) , 我們分別用這4 個相位的時鐘去鎖存數據, 如果經某個時鐘鎖存后的數據在這個指定位置最先檢測出這個KWD, 就認為下一相位的時鐘與數據的同步性最好(相關)。根據這個判別原理, 我們設計了圖4 所示的時鐘分相選擇電路。在板上通過鎖相環89429 和分相芯片S4405 獲得我們所要的68MHz 4 相時鐘: 用這4 個時鐘分別將輸入數據進行移位, 將移位的數據與KWD 作比較, 若至少有7bit 符合, 則認為檢出了KWD。將4 路相關器的結果經過優先判選控制邏輯, 即可輸出同步性最好的時鐘。這里, 我們運用AMCC 公司生產的 S4405 芯片, 對68MHz 的時鐘進行了4 分相, 成功地實現了同步時鐘的獲取, 這部分電路目前已實際地應用在某通訊系統的接入網中。 2. 2　高速數據采集系統中的應用高速、高精度的模擬- 數字變換 (ADC) 一直是高速數據采集系統的關鍵部分。高速的ADC 價格昂貴, 而且系統設計難度很高。以前就有人考慮使用多個低速圖5　分相技術應用于采集系統 ADC 和時鐘分相, 用以替代高速的ADC, 但由于時鐘分相電路產生的相位不準確, 時鐘的 J itters 和Skew 比較大(如前述) , 容易產生較大的孔徑晃動(Aperture J itters) , 無法達到很好的時間分辨。現在使用時鐘分相芯片, 我們可以把分相技術應用在高速數據采集系統中: 以4 分相后圖6　分相技術提高系統的數據采集率的80MHz 采樣時鐘分別作為ADC 的轉換時鐘, 對模擬信號進行采樣, 如圖5 所示。在每一采集通道中, 輸入信號經過緩沖、調理, 送入ADC 進行模數轉換, 采集到的數據寫入存儲器(M EM )。各個采集通道采集的是同一信號, 不過采樣點依次相差90°相位。通過存儲器中的數據重組, 可以使系統時鐘為80MHz 的采集系統達到320MHz 數據采集率(如圖6 所示)。 3　總結靈活地運用時鐘分相技術, 可以有效地用低頻時鐘實現相當于高頻時鐘的時間性能, 并避免了高速數字電路設計中一些問題, 降低了系統設計的難度。

標簽： 時鐘分相技術應用

上傳時間： 2013-12-17

上傳用戶：xg262122
Altium Designer的Protel中多通道功能在原理圖及PCB中的使用技巧

Altium Designer 的Protel 中多通道功能在原理圖及PCB

標簽： Designer Altium Protel PCB

上傳時間： 2013-10-08

上傳用戶：王楚楚
Altium+Designer+原理圖和PCB多通道設計方法介紹

Altium+Designer+原理圖和PCB多通道設計方法介紹

標簽： Designer Altium PCB 原理圖

上傳時間： 2013-11-14

上傳用戶：hz07104032
辦公設備多紙張檢測電路PCB源文件

此電路是我個人設計的！是一個辦公設備多紙張檢測電路！遇到一次多紙張進機就自動檢出！

標簽： PCB 辦公設備檢測電路

上傳時間： 2014-01-14

上傳用戶：ouyangmark
多層PCB設計經驗

PCB設計經驗，多層PCB設計經驗。

標簽： PCB 多層設計經驗

上傳時間： 2013-11-07

上傳用戶：suoyuan
多層線路板設計

多層線路板設計

標簽： 多層線路板設計

上傳時間： 2014-12-24

上傳用戶：HZB20416
多層印制板設計基本要領

【摘要】本文結合作者多年的印制板設計經驗，著重印制板的電氣性能，從印制板穩定性、可靠性方面，來討論多層印制板設計的基本要求。【關鍵詞】印制電路板；表面貼裝器件；高密度互連；通孔【Key words】Printed Circuit Board；Surface Mounting Device；High Density Interface；Via一．概述印制板（PCB－Printed Circuit Board）也叫印制電路板、印刷電路板。多層印制板，就是指兩層以上的印制板，它是由幾層絕緣基板上的連接導線和裝配焊接電子元件用的焊盤組成，既具有導通各層線路，又具有相互間絕緣的作用。隨著SMT（表面安裝技術）的不斷發展，以及新一代SMD（表面安裝器件）的不斷推出，如QFP、QFN、CSP、BGA（特別是MBGA），使電子產品更加智能化、小型化，因而推動了PCB工業技術的重大改革和進步。自1991年IBM公司首先成功開發出高密度多層板（SLC）以來，各國各大集團也相繼開發出各種各樣的高密度互連（HDI）微孔板。這些加工技術的迅猛發展，促使了PCB的設計已逐漸向多層、高密度布線的方向發展。多層印制板以其設計靈活、穩定可靠的電氣性能和優越的經濟性能，現已廣泛應用于電子產品的生產制造中。下面，作者以多年設計印制板的經驗，著重印制板的電氣性能，結合工藝要求，從印制板穩定性、可靠性方面，來談談多層制板設計的基本要領。

標簽： 多層印制板

上傳時間： 2013-11-19

上傳用戶：zczc
pcb layout design(臺灣硬件工程師15年經驗

PCB LAYOUT 術語解釋(TERMS)1. COMPONENT SIDE(零件面、正面)︰大多數零件放置之面。2. SOLDER SIDE(焊錫面、反面)。3. SOLDER MASK(止焊膜面)︰通常指Solder Mask Open 之意。4. TOP PAD︰在零件面上所設計之零件腳PAD，不管是否鑽孔、電鍍。5. BOTTOM PAD：在銲錫面上所設計之零件腳PAD，不管是否鑽孔、電鍍。6. POSITIVE LAYER：單、雙層板之各層線路；多層板之上、下兩層線路及內層走線皆屬之。7. NEGATIVE LAYER：通常指多層板之電源層。8. INNER PAD：多層板之POSITIVE LAYER 內層PAD。9. ANTI-PAD：多層板之NEGATIVE LAYER 上所使用之絕緣範圍，不與零件腳相接。10. THERMAL PAD：多層板內NEGATIVE LAYER 上必須零件腳時所使用之PAD，一般稱為散熱孔或導通孔。11. PAD (銲墊)：除了SMD PAD 外，其他PAD 之TOP PAD、BOTTOM PAD 及INNER PAD 之形狀大小皆應相同。12. Moat : 不同信號的 Power& GND plane 之間的分隔線13. Grid : 佈線時的走線格點2. Test Point : ATE 測試點供工廠ICT 測試治具使用ICT 測試點 LAYOUT 注意事項:PCB 的每條TRACE 都要有一個作為測試用之TEST PAD(測試點)，其原則如下：1. 一般測試點大小均為30-35mil，元件分布較密時，測試點最小可至30mil.測試點與元件PAD 的距離最小為40mil。2. 測試點與測試點間的間距最小為50-75mil，一般使用75mil。密度高時可使用50mil,3. 測試點必須均勻分佈於PCB 上，避免測試時造成板面受力不均。4. 多層板必須透過貫穿孔(VIA)將測試點留於錫爐著錫面上(Solder Side)。5. 測試點必需放至於Bottom Layer6. 輸出test point report(.asc 檔案powerpcb v3.5)供廠商分析可測率7. 測試點設置處:Setup􀃆pads􀃆stacks

標簽： layout design pcb 硬件工程師

上傳時間： 2013-10-22

上傳用戶：pei5
PCB布線原則

PCB 布線原則連線精簡原則連線要精簡，盡可能短，盡量少拐彎，力求線條簡單明了，特別是在高頻回路中，當然為了達到阻抗匹配而需要進行特殊延長的線就例外了，例如蛇行走線等。安全載流原則銅線的寬度應以自己所能承載的電流為基礎進行設計，銅線的載流能力取決于以下因素：線寬、線厚（銅鉑厚度）、允許溫升等，下表給出了銅導線的寬度和導線面積以及導電電流的關系（軍品標準），可以根據這個基本的關系對導線寬度進行適當的考慮。印制導線最大允許工作電流（導線厚50um，允許溫升10℃）導線寬度（Mil）導線電流（A）其中:K 為修正系數，一般覆銅線在內層時取0.024，在外層時取0.048；T 為最大溫升，單位為℃;A 為覆銅線的截面積，單位為mil（不是mm，注意）；I 為允許的最大電流，單位是A。電磁抗干擾原則電磁抗干擾原則涉及的知識點比較多，例如銅膜線的拐彎處應為圓角或斜角（因為高頻時直角或者尖角的拐彎會影響電氣性能）雙面板兩面的導線應互相垂直、斜交或者彎曲走線，盡量避免平行走線，減小寄生耦合等。一、通常一個電子系統中有各種不同的地線，如數字地、邏輯地、系統地、機殼地等，地線的設計原則如下：1、正確的單點和多點接地在低頻電路中，信號的工作頻率小于1MHZ，它的布線和器件間的電感影響較小，而接地電路形成的環流對干擾影響較大，因而應采用一點接地。當信號工作頻率大于10MHZ 時，如果采用一點接地，其地線的長度不應超過波長的1/20，否則應采用多點接地法。2、數字地與模擬地分開若線路板上既有邏輯電路又有線性電路，應盡量使它們分開。一般數字電路的抗干擾能力比較強，例如TTL 電路的噪聲容限為0.4~0.6V，CMOS 電路的噪聲容限為電源電壓的0.3~0.45 倍，而模擬電路只要有很小的噪聲就足以使其工作不正常，所以這兩類電路應該分開布局布線。3、接地線應盡量加粗若接地線用很細的線條，則接地電位會隨電流的變化而變化，使抗噪性能降低。因此應將地線加粗，使它能通過三倍于印制板上的允許電流。如有可能，接地線應在2~3mm 以上。4、接地線構成閉環路只由數字電路組成的印制板，其接地電路布成環路大多能提高抗噪聲能力。因為環形地線可以減小接地電阻，從而減小接地電位差。二、配置退藕電容PCB 設計的常規做法之一是在印刷板的各個關鍵部位配置適當的退藕電容，退藕電容的一般配置原則是：􀁺?電電源的輸入端跨½10~100uf的的電解電容器，如果印制電路板的位置允許，采Ó100uf以以上的電解電容器抗干擾效果會更好¡��?原原則上每個集成電路芯片都應布置一¸0.01uf~`0.1uf的的瓷片電容，如遇印制板空隙不夠，可Ã4~8個個芯片布置一¸1~10uf的的鉭電容（最好不用電解電容，電解電容是兩層薄膜卷起來的，這種卷起來的結構在高頻時表現為電感，最好使用鉭電容或聚碳酸醞電容）。��?對對于抗噪能力弱、關斷時電源變化大的器件，ÈRA、¡ROM存存儲器件，應在芯片的電源線和地線之間直接接入退藕電容¡��?電電容引線不能太長，尤其是高頻旁路電容不能有引線¡三¡過過孔設¼在高ËPCB設設計中，看似簡單的過孔也往往會給電路的設計帶來很大的負面效應，為了減小過孔的寄生效應帶來的不利影響，在設計中可以盡量做到£��?從從成本和信號質量兩方面來考慮，選擇合理尺寸的過孔大小。例如¶6- 10層層的內存模¿PCB設設計來說，選Ó10/20mi（（鉆¿焊焊盤）的過孔較好，對于一些高密度的小尺寸的板子，也可以嘗試使Ó8/18Mil的的過孔。在目前技術條件下，很難使用更小尺寸的過孔了（當孔的深度超過鉆孔直徑µ6倍倍時，就無法保證孔壁能均勻鍍銅）；對于電源或地線的過孔則可以考慮使用較大尺寸，以減小阻抗¡��?使使用較薄µPCB板板有利于減小過孔的兩種寄生參數¡��? PCB板板上的信號走線盡量不換層，即盡量不要使用不必要的過孔¡��?電電源和地的管腳要就近打過孔，過孔和管腳之間的引線越短越好¡��?在在信號換層的過孔附近放置一些接地的過孔，以便為信號提供最近的回路。甚至可以ÔPCB板板上大量放置一些多余的接地過孔¡四¡降降低噪聲與電磁干擾的一些經Ñ?能能用低速芯片就不用高速的，高速芯片用在關鍵地方¡?可可用串一個電阻的方法，降低控制電路上下沿跳變速率¡?盡盡量為繼電器等提供某種形式的阻尼，ÈRC設設置電流阻尼¡?使使用滿足系統要求的最低頻率時鐘¡?時時鐘應盡量靠近到用該時鐘的器件，石英晶體振蕩器的外殼要接地¡?用用地線將時鐘區圈起來，時鐘線盡量短¡?石石英晶體下面以及對噪聲敏感的器件下面不要走線¡?時時鐘、總線、片選信號要遠ÀI/O線線和接插件¡?時時鐘線垂直ÓI/O線線比平行ÓI/O線線干擾小¡? I/O驅驅動電路盡量靠½PCB板板邊，讓其盡快離¿PC。。對進ÈPCB的的信號要加濾波，從高噪聲區來的信號也要加濾波，同時用串終端電阻的辦法，減小信號反射¡? MCU無無用端要接高，或接地，或定義成輸出端，集成電路上該接電源、地的端都要接，不要懸空¡?閑閑置不用的門電路輸入端不要懸空，閑置不用的運放正輸入端接地，負輸入端接輸出端¡?印印制板盡量使Ó45折折線而不Ó90折折線布線，以減小高頻信號對外的發射與耦合¡?印印制板按頻率和電流開關特性分區，噪聲元件與非噪聲元件呀距離再遠一些¡?單單面板和雙面板用單點接電源和單點接地、電源線、地線盡量粗¡?模模擬電壓輸入線、參考電壓端要盡量遠離數字電路信號線，特別是時鐘¡?對¶A/D類類器件，數字部分與模擬部分不要交叉¡?元元件引腳盡量短，去藕電容引腳盡量短¡?關關鍵的線要盡量粗，并在兩邊加上保護地，高速線要短要直¡?對對噪聲敏感的線不要與大電流，高速開關線并行¡?弱弱信號電路，低頻電路周圍不要形成電流環路¡?任任何信號都不要形成環路，如不可避免，讓環路區盡量小¡?每每個集成電路有一個去藕電容。每個電解電容邊上都要加一個小的高頻旁路電容¡?用用大容量的鉭電容或聚酷電容而不用電解電容做電路充放電儲能電容，使用管狀電容時，外殼要接地¡?對對干擾十分敏感的信號線要設置包地，可以有效地抑制串擾¡?信信號在印刷板上傳輸，其延遲時間不應大于所有器件的標稱延遲時間¡環境效應原Ô要注意所應用的環境，例如在一個振動或者其他容易使板子變形的環境中采用過細的銅膜導線很容易起皮拉斷等¡安全工作原Ô要保證安全工作，例如要保證兩線最小間距要承受所加電壓峰值，高壓線應圓滑，不得有尖銳的倒角，否則容易造成板路擊穿等。組裝方便、規范原則走線設計要考慮組裝是否方便，例如印制板上有大面積地線和電源線區時（面積超¹500平平方毫米），應局部開窗口以方便腐蝕等。此外還要考慮組裝規范設計，例如元件的焊接點用焊盤來表示，這些焊盤（包括過孔）均會自動不上阻焊油，但是如用填充塊當表貼焊盤或用線段當金手指插頭，而又不做特別處理，（在阻焊層畫出無阻焊油的區域），阻焊油將掩蓋這些焊盤和金手指，容易造成誤解性錯誤£SMD器器件的引腳與大面積覆銅連接時，要進行熱隔離處理，一般是做一¸Track到到銅箔，以防止受熱不均造成的應力集Ö而導致虛焊£PCB上上如果有¦12或或方Ð12mm以以上的過孔時，必須做一個孔蓋，以防止焊錫流出等。經濟原則遵循該原則要求設計者要對加工，組裝的工藝有足夠的認識和了解，例È5mil的的線做腐蝕要±8mil難難，所以價格要高，過孔越小越貴等熱效應原則在印制板設計時可考慮用以下幾種方法：均勻分布熱負載、給零件裝散熱器，局部或全局強迫風冷。從有利于散熱的角度出發，印制板最好是直立安裝，板與板的距離一般不應小Ó2c，，而且器件在印制板上的排列方式應遵循一定的規則£同一印制板上的器件應盡可能按其發熱量大小及散熱程度分區排列，發熱量小或耐熱性差的器件（如小信號晶體管、小規模集³電路、電解電容等）放在冷卻氣流的最上（入口處），發熱量大或耐熱性好的器件（如功率晶體管、大規模集成電路等）放在冷卻Æ流最下。在水平方向上，大功率器件盡量靠近印刷板的邊沿布置，以便縮短傳熱路徑；在垂直方向上，大功率器件盡量靠近印刷板上方布置£以便減少這些器件在工作時對其他器件溫度的影響。對溫度比較敏感的器件最好安置在溫度最低的區域（如設備的µ部），千萬不要將它放在發熱器件的正上方，多個器件最好是在水平面上交錯布局¡設備內印制板的散熱主要依靠空氣流動，所以在設計時要研究空氣流動的路徑，合理配置器件或印制電路板。采用合理的器件排列方式，可以有效地降低印制電路的溫升。此外通過降額使用，做等溫處理等方法也是熱設計中經常使用的手段¡

標簽： PCB 布線原則

上傳時間： 2013-11-24

上傳用戶：氣溫達上千萬的
IC封裝製程簡介(IC封裝制程簡介)

半導體的產品很多，應用的場合非常廣泛，圖一是常見的幾種半導體元件外型。半導體元件一般是以接腳形式或外型來劃分類別，圖一中不同類別的英文縮寫名稱原文為 PDID：Plastic Dual Inline Package SOP：Small Outline Package SOJ：Small Outline J-Lead Package PLCC：Plastic Leaded Chip Carrier QFP：Quad Flat Package PGA：Pin Grid Array BGA：Ball Grid Array 雖然半導體元件的外型種類很多，在電路板上常用的組裝方式有二種，一種是插入電路板的銲孔或腳座，如PDIP、PGA，另一種是貼附在電路板表面的銲墊上，如SOP、SOJ、PLCC、QFP、BGA。從半導體元件的外觀，只看到從包覆的膠體或陶瓷中伸出的接腳，而半導體元件真正的的核心，是包覆在膠體或陶瓷內一片非常小的晶片，透過伸出的接腳與外部做資訊傳輸。圖二是一片EPROM元件，從上方的玻璃窗可看到內部的晶片，圖三是以顯微鏡將內部的晶片放大，可以看到晶片以多條銲線連接四周的接腳，這些接腳向外延伸並穿出膠體，成為晶片與外界通訊的道路。請注意圖三中有一條銲線從中斷裂，那是使用不當引發過電流而燒毀，致使晶片失去功能，這也是一般晶片遭到損毀而失效的原因之一。圖四是常見的LED，也就是發光二極體，其內部也是一顆晶片，圖五是以顯微鏡正視LED的頂端，可從透明的膠體中隱約的看到一片方型的晶片及一條金色的銲線，若以LED二支接腳的極性來做分別，晶片是貼附在負極的腳上，經由銲線連接正極的腳。當LED通過正向電流時，晶片會發光而使LED發亮，如圖六所示。半導體元件的製作分成兩段的製造程序，前一段是先製造元件的核心─晶片，稱為晶圓製造；後一段是將晶中片加以封裝成最後產品，稱為IC封裝製程，又可細分成晶圓切割、黏晶、銲線、封膠、印字、剪切成型等加工步驟，在本章節中將簡介這兩段的製造程序。

標簽： 封裝 IC封裝制程

上傳時間： 2014-01-20

上傳用戶：蒼山觀海

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