1.傳輸線
印制電路板上的任何一條“長”的信號通路都可以視為一種傳輸線。如果該線的傳輸延遲時間比信號上升時間短得多,那么信號上升期間所產(chǎn)主的反射都將被淹沒。不再呈現(xiàn)過沖、反沖和振鈴,對現(xiàn)時大多數(shù)的MOS電路來說,由于上升時間對線傳輸延遲時間之比大得多,所以走線可長以米計而無信號失真。而對于速度較快的邏輯電路,特別是超高速ECL
集成電路來說,由于邊沿速度的增快,若無其它措施,走線的長度必須大大縮短,以保持信號的完整性。
有兩種方法能使高速電路在相對長的線上工作而無嚴重的波形失真,TTL對快速下降邊沿采用肖特基二極管箝位方法,使過沖量被箝制在比地電位低一個二極管壓降的電平上,這就減少了后面的反沖幅度,較慢的上升邊緣允許有過沖,但它被在電平“H”狀態(tài)下電路的相對高的輸出阻抗(50~80Ω)所衰減。此外,由于電平“H”狀態(tài)的抗擾度較大,使反沖問題并不十分突出,對HCT系列的器件,若采用肖特基二極管箝位和串聯(lián)電阻端接方法相結(jié)合,其改善的效果將會更加明顯。
當沿信號線有扇出時,在較高的位速率和較快的邊沿速率下,上述介紹的TTL整形方法顯得有些不足。因為線中存在著反射波,它們在高位速率下將趨于合成,從而引起信號嚴重失真和抗干擾能力降低。因此,為了解決反射問題,在ECL系統(tǒng)中通常使用另外一種方法:線阻抗匹配法。用這種方法能使反射受到控制,信號的完整性得到保證。
嚴格他說,對于有較慢邊沿速度的常規(guī)TTL和CMOS器件來說,傳輸線并不是十分需要的.對有較快邊沿速度的高速ECL器件,傳輸線也不總是需要的。但是當使用傳輸線時,它們具有能預(yù)測連線時延和通過阻抗匹配來控制反射和振蕩的優(yōu)點。1
決定是否采用傳輸線的基本因素有以下五個。它們是: (1)系統(tǒng)信號的沿速率, (2)連線距離 (3)容性負載(扇出的多少), (4)電阻性負載(線的端接方式); (5)允許的反沖和過沖百分比(交流抗擾度的降低程度)。
2.傳輸線的幾種類型
(1) 同軸電纜和雙絞線:它們經(jīng)常用在系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的連接。同軸電纜的特性阻抗通常有50Ω和75Ω,雙絞線通常為110Ω。
(2)印制板上的微帶線
微帶線是一根帶狀導(dǎo)(信號線).與地平面之間用一種電介質(zhì)隔離開。如果線的厚度、寬度以及與地平面之間的距離是可控制的,則它的特性阻抗也是可以控制的。微帶線的特性阻抗Z0為:
式中:【Er為印制板介質(zhì)材料的相對介電常數(shù)
6為介電質(zhì)層的厚度
W為線的寬度
t為線的厚度
單位長度微帶線的傳輸延遲時間,僅僅取決于介電常數(shù)而與線的寬度或間隔無關(guān)。
(3)印制板中的帶狀線
帶狀線是一條置于兩層導(dǎo)電平面之間的電介質(zhì)中間的銅帶線。如果線的厚度和寬度、介質(zhì)的介電常數(shù)以及兩層導(dǎo)電平面間的距離是可控的,那么線的特性阻抗也是可控的,帶狀線的特性阻抗乙為:
式中:b是兩塊地線板間的距離
W為線的寬度
t為線的厚度
同樣,單位長度帶狀線的傳輸延遲時間與線的寬度或間距是無關(guān)的;僅取決于所用介質(zhì)的相對介電常數(shù)。
3.端接傳輸線
在一條線的接收端用一個與線特性阻抗相等的電阻端接,則稱該傳輸線為并聯(lián)端接線。它主要是為了獲得最好的電性能,包括驅(qū)動分布負載而采用的。
有時為了節(jié)省電源消耗,對端接的電阻上再串接一個104電容形成交流端接電路,它能有效地降低直流損耗。
在驅(qū)動器和傳輸線之間串接一個電阻,而線的終端不再接端接電阻,這種端接方法稱之為串聯(lián)端接。較長線上的過沖和振鈴可用串聯(lián)阻尼或串聯(lián)端接技術(shù)來控制.串聯(lián)阻尼是利用一個與驅(qū)動門輸出端串聯(lián)的小電阻(一般為10~75Ω)來實現(xiàn)的.這種阻尼方法適合與特性阻抗來受控制的線相聯(lián)用(如底板布線,無地平面的電路板和大多數(shù)繞接線等。
串聯(lián)端接時串聯(lián)電阻的值與電路(驅(qū)動門)輸出阻抗之和等于傳輸線的特性阻抗.串聯(lián)聯(lián)端接線存在著只能在終端使用集總負載和傳輸延遲時間較長的缺點.但是,這可以通過使用多余串聯(lián)端接傳輸線的方法加以克服。
4.非端接傳輸線
如果線延遲時間比信號上升時間短得多,可以在不用串聯(lián)端接或并聯(lián)端接的情況下使用傳輸線,如果一根非端接線的雙程延遲(信號在傳輸線上往返一次的時間)比脈沖信號的上升時間短,那么由于非端接所引起的反沖大約是邏輯擺幅的15%。最大開路線長度近似為:
Lmax
式中:tr為上升時間
tpd為單位線長的傳輸延遲時間
5.幾種端接方式的比較
并聯(lián)端接線和串聯(lián)端接線都各有優(yōu)點,究竟用哪一種,還是兩種都用,這要看設(shè)計者的愛好和系統(tǒng)的要求而定。 并聯(lián)端接線的主要優(yōu)點是系統(tǒng)速度快和信號在線上傳輸完整無失真。長線上的負載既不會影響驅(qū)動長線的驅(qū)動門的傳輸延遲時間,又不會影響它的信號邊沿速度,但將使信號沿該長線的傳輸延遲時間增大。在驅(qū)動大扇出時,負載可經(jīng)分支短線沿線分布,而不象串聯(lián)端接中那樣必須把負載集總在線的終端。
串聯(lián)端接方法使電路有驅(qū)動幾條平行負載線的能力,串聯(lián)端接線由于容性負載所引起的延遲時間增量約比相應(yīng)并聯(lián)端接線的大一倍,而短線則因容性負載使邊沿速度放慢和驅(qū)動門延遲時間增大,但是,串聯(lián)端接線的串擾比并聯(lián)端接線的要小,其主要原因是沿串聯(lián)端接線傳送的信號幅度僅僅是二分之一的邏輯擺幅,因而開關(guān)電流也只有并聯(lián)端接的開關(guān)電流的一半,信號能量小串擾也就小。
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