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。
上傳時間： 2013-12-17
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PCB布線的直角走線、差分走線和蛇形線基礎理論
上傳時間： 2013-10-10
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信號完整性是高速數字系統中要解決的一個首要問題之一，如何在高速PCB 設計過程中充分考慮信號完整性因素,并采取有效的控制措施,已經成為當今系統設計能否成功的關鍵。在這方面，差分線對具有很多優勢，比如更高的比特率 ,更低的功耗 ,更好的噪聲性能和更穩定的可靠性等。目前，差分線對在高速數字電路設計中的應用越來越廣泛，電路中最關鍵的信號往往都要采用差分線對設計。介紹了差分線對在PCB 設計中的一些要點，并給出具體設計方案。
上傳時間： 2014-12-24
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誤區一：認為差分信號不需要地平面作為回流路徑，或者認為差分走線彼此為對方提供回流途徑。造成這種誤區的原因是被表面現象迷惑，或者對高速信號傳輸的機理認識還不夠深入。雖然差分電路對于類似地彈以及其它可能存在于電源和地平面上的噪音信號是不敏感的。地平面的部分回流抵消并不代表差分電路就不以參考平面作為信號返回路徑，其實在信號回流分析上，差分走線和普通的單端走線的機理是一致的，即高頻信號總是沿著電感最小的回路進行回流，最大的區別在于差分線除了有對地的耦合之外，還存在相互之間的耦合，哪一種耦合強，那一種就成為主要的回流通路。
上傳時間： 2014-12-22
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PCB Layout Rule Rev1.70, 規範內容如附件所示, 其中分為: (1) ”PCB LAYOUT 基本規範”:為R&D Layout時必須遵守的事項, 否則SMT,DIP,裁板時無法生產. (2) “錫偷LAYOUT RULE建議規範”: 加適合的錫偷可降低短路及錫球. (3) “PCB LAYOUT 建議規範”:為製造單位為提高量產良率,建議R&D在design階段即加入PCB Layout. (4) ”零件選用建議規範”: Connector零件在未來應用逐漸廣泛, 又是SMT生產時是偏移及置件不良的主因,故製造希望R&D及採購在購買異形零件時能顧慮製造的需求, 提高自動置件的比例.
上傳時間： 2013-10-28
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現代的電子設計和芯片制造技術正在飛速發展，電子產品的復雜度、時鐘和總線頻率等等都呈快速上升趨勢，但系統的電壓卻不斷在減小，所有的這一切加上產品投放市場的時間要求給設計師帶來了前所未有的巨大壓力。要想保證產品的一次性成功就必須能預見設計中可能出現的各種問題，并及時給出合理的解決方案，對于高速的數字電路來說，最令人頭大的莫過于如何確保瞬時跳變的數字信號通過較長的一段傳輸線，還能完整地被接收，并保證良好的電磁兼容性，這就是目前頗受關注的信號完整性（SI）問題。本章就是圍繞信號完整性的問題，讓大家對高速電路有個基本的認識，并介紹一些相關的基本概念。 第一章 高速數字電路概述.....................................................................................51.1 何為高速電路...............................................................................................51.2 高速帶來的問題及設計流程剖析...............................................................61.3 相關的一些基本概念...................................................................................8第二章 傳輸線理論...............................................................................................122.1 分布式系統和集總電路.............................................................................122.2 傳輸線的RLCG 模型和電報方程...............................................................132.3 傳輸線的特征阻抗.....................................................................................142.3.1 特性阻抗的本質.................................................................................142.3.2 特征阻抗相關計算.............................................................................152.3.3 特性阻抗對信號完整性的影響.........................................................172.4 傳輸線電報方程及推導.............................................................................182.5 趨膚效應和集束效應.................................................................................232.6 信號的反射.................................................................................................252.6.1 反射機理和電報方程.........................................................................252.6.2 反射導致信號的失真問題.................................................................302.6.2.1 過沖和下沖.....................................................................................302.6.2.2 振蕩：.............................................................................................312.6.3 反射的抑制和匹配.............................................................................342.6.3.1 串行匹配.........................................................................................352.6.3.1 并行匹配.........................................................................................362.6.3.3 差分線的匹配.................................................................................392.6.3.4 多負載的匹配.................................................................................41第三章 串擾的分析...............................................................................................423.1 串擾的基本概念.........................................................................................423.2 前向串擾和后向串擾.................................................................................433.3 后向串擾的反射.........................................................................................463.4 后向串擾的飽和.........................................................................................463.5 共模和差模電流對串擾的影響.................................................................483.6 連接器的串擾問題.....................................................................................513.7 串擾的具體計算.........................................................................................543.8 避免串擾的措施.........................................................................................57第四章 EMI 抑制....................................................................................................604.1 EMI/EMC 的基本概念..................................................................................604.2 EMI 的產生..................................................................................................614.2.1 電壓瞬變.............................................................................................614.2.2 信號的回流.........................................................................................624.2.3 共模和差摸EMI ..................................................................................634.3 EMI 的控制..................................................................................................654.3.1 屏蔽.....................................................................................................654.3.1.1 電場屏蔽.........................................................................................654.3.1.2 磁場屏蔽.........................................................................................674.3.1.3 電磁場屏蔽.....................................................................................674.3.1.4 電磁屏蔽體和屏蔽效率.................................................................684.3.2 濾波.....................................................................................................714.3.2.1 去耦電容.........................................................................................714.3.2.3 磁性元件.........................................................................................734.3.3 接地.....................................................................................................744.4 PCB 設計中的EMI.......................................................................................754.4.1 傳輸線RLC 參數和EMI ........................................................................764.4.2 疊層設計抑制EMI ..............................................................................774.4.3 電容和接地過孔對回流的作用.........................................................784.4.4 布局和走線規則.................................................................................79第五章 電源完整性理論基礎...............................................................................825.1 電源噪聲的起因及危害.............................................................................825.2 電源阻抗設計.............................................................................................855.3 同步開關噪聲分析.....................................................................................875.3.1 芯片內部開關噪聲.............................................................................885.3.2 芯片外部開關噪聲.............................................................................895.3.3 等效電感衡量SSN ..............................................................................905.4 旁路電容的特性和應用.............................................................................925.4.1 電容的頻率特性.................................................................................935.4.3 電容的介質和封裝影響.....................................................................955.4.3 電容并聯特性及反諧振.....................................................................955.4.4 如何選擇電容.....................................................................................975.4.5 電容的擺放及Layout ........................................................................99第六章 系統時序.................................................................................................1006.1 普通時序系統...........................................................................................1006.1.1 時序參數的確定...............................................................................1016.1.2 時序約束條件...................................................................................1066.2 源同步時序系統.......................................................................................1086.2.1 源同步系統的基本結構...................................................................1096.2.2 源同步時序要求...............................................................................110第七章 IBIS 模型................................................................................................1137.1 IBIS 模型的由來...................................................................................... 1137.2 IBIS 與SPICE 的比較.............................................................................. 1137.3 IBIS 模型的構成...................................................................................... 1157.4 建立IBIS 模型......................................................................................... 1187.4 使用IBIS 模型......................................................................................... 1197.5 IBIS 相關工具及鏈接..............................................................................120第八章 高速設計理論在實際中的運用.............................................................1228.1 疊層設計方案...........................................................................................1228.2 過孔對信號傳輸的影響...........................................................................1278.3 一般布局規則...........................................................................................1298.4 接地技術...................................................................................................1308.5 PCB 走線策略............................................................................................134
標簽： 信號完整性
上傳時間： 2014-05-15
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當你認為你已經掌握了PCB 走線的特征阻抗Z0，緊接著一份數據手冊告訴你去設計一個特定的差分阻抗。令事情變得更困難的是，它說：“……因為兩根走線之間的耦合可以降低有效阻抗，使用50Ω的設計規則來得到一個大約80Ω的差分阻抗！”這的確讓人感到困惑！這篇文章向你展示什么是差分阻抗。除此之外，還討論了為什么是這樣，并且向你展示如何正確地計算它。 單線：圖1(a)演示了一個典型的單根走線。其特征阻抗是Z0，其上流經的電流為i。沿線任意一點的電壓為V=Z0*i（ 根據歐姆定律）。一般情況，線對：圖1(b)演示了一對走線。線1 具有特征阻抗Z11，與上文中Z0 一致，電流i1。線2具有類似的定義。當我們將線2 向線1 靠近時，線2 上的電流開始以比例常數k 耦合到線1 上。類似地，線1 的電流i1 開始以同樣的比例常數耦合到線2 上。每根走線上任意一點的電壓，還是根據歐姆定律，
標簽： 差分阻抗
上傳時間： 2013-10-20
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•1-1 傳輸線方程式 •1-2 傳輸線問題的時域分析 •1-3 正弦狀的行進波 •1-4 傳輸線問題的頻域分析 •1-5 駐波和駐波比 •1-6 Smith圖 •1-7 多段傳輸線問題的解法 •1-8 傳輸線的阻抗匹配
上傳時間： 2013-11-21
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當今電子系統如高端處理器及記憶體，對電源的需求是趨向更低電壓、更高電流的應用。同時、對負載的反應速度也要提高。因此功率系統工程師要面對的挑戰，是要設計出符合系統要求的細小、價廉但高效率的電源系統。而這些要求都不是傳統功率架構能夠完全滿足的。Vicor提出的分比功率架構(Factorized Power Architecture FPA)以及一系列的整合功率元件，可提供革命性的功率轉換方案，應付以上提及的各項挑戰。這些功率元件稱為V•I晶片。
上傳時間： 2013-11-15
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關于參數的選擇各種意見： 這是CMG大師的論述: R6的取值,R6的值不是任意取的,要考慮兩個因素:1)431參考輸入端的電流,一般此電流為2uA左右,為了避免此端電流影響分壓比和避免噪音的影響,一般取流過電阻R6的電流為參考段電流的100倍以上,所以此電阻要小于2.5V/200uA=12.5K. 2)待機功耗的要求,如有此要求,在滿足《12.5K的情況下盡量取大值.
上傳時間： 2013-10-26
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