关于差分时钟信号的使用(IBUFGDS)

关于差分时钟信号的使用(IBUFGDS)
关于差分时钟信号的使用(IBUFGDS)

关于差分时钟信号的使用(IBUFGDS)

一、问题

在使用差分信号时候,我们会遇到这种情况:外部输入直接是差分信号,但是我们在使用过程中需要的并不是差分信号(差分信号只是用来减少传输过程中的信号干扰,并不能直接用来使用),而是需要经过处理,生成正常的信号来进行使用的。特别是时钟信号,数据信号,以及相关的一些使能信号等。

这里只是针对于差分时钟用于作为全局时钟资源来使用的操作。

二、IBUFGDS语法

// IBUFGDS : In order to incorporate this function into the design,

// Verilog : the following instance declaration needs to be placed

// instance : in the body of the design code. The instance name

// declaration : (IBUFGDS_inst) and/or the port declarations within the

// code : parenthesis may be changed to properly reference and

// : connect this function to the design. All inputs

// : and outputs must be connected.

// <-----Cut code below this line---->

// IBUFGDS: Differential Global Clock Input Buffer

// Spartan-3

// Xilinx HDL Language Template, version 14.1

IBUFGDS #(

.IBUF_DELAY_VALUE("0"), // Specify the amount of added input delay for

// the buffer, "0"-"16" (Spartan-3A)

.DIFF_TERM("FALSE"), // Differential Termination

.IOSTANDARD("DEFAULT") // Specify the input I/O standard

) IBUFGDS_inst (

.O(O), // Clock buffer output

.I(I), // Diff_p clock buffer input (connect directly to top-level port)

.IB(IB) // Diff_n clock buffer input (connect directly to top-level port)

);

上面的语法是采用的Spartan-3的关于IBUFGDS的语法操作。

三、使用注意

在使用过程中需要注意的是:I端口接的是差分信号的正端(P端)!IB端口接的是差分信号的负端(n端)。

信号完整性研发测试攻略2.0

信号完整性测试指导书 ——Ver 2.0 编写:黄如俭(sam Huang) 钱媛(Tracy Qian) 宋明全(Ivan Song) 康钦山(Scott Kang)

目录 1. CLK Test (3) 1.1 Differential Signal Test (3) 1.2 Single Signal Test (5) 2. LPC Test (7) 2.1 EC Side Test (7) 2.2 Control Sidse Test (8) 3. USB Test (11) 3.1 High Speed Test (11) 3.2 Low Speed Test (12) 3.3 Full Speed Test (12) 3.4 Drop/Droop Test (12) 4. VGA Test (14) 4.1 R、G、B Signal Test (14) 4.2 RGB Channel to Channel Skew Test (14) 4.3 VSYNC and HSYNC Test (15) 4.4 DDC_DA TA and DDC_CKL Test (15) 5. LVDS Test (17) 5.1 Differential data signals swing Test (17) 5.2 Checking Skew at receiver Test (18) 5.3 Checking the offset voltage Test (19) 5.4 Differential Input Voltage Test (20) 5.5 Common Mode Voltage Test (20) 5.6 Slew Rate Test (21) 5.7 Data to Clock Timing Test (23) 6. FSB Test (26) 7. Serial Data(SA TA/ESA TA, PCIE, DMI,FDI)Test (29) 8. HD Audio Test (30) 8.1 Measurement at The Controller (30) 8.2Measurement at The Codec (31) 9. DDR2 Test (34) 9.1 Clock (34) 9.2 Write (35) 9.3 Read (37) 10.Ethernet Test (39) 11.SMbus Signal Test (40) 12. HDMI Test (42) 13. DisplayPort Test (43)

高速PCB信号完整性分析及应用

高速PCB信号完整性分析及应用 发表时间:2019-05-06T10:20:13.910Z 来源:《电力设备》2018年第31期作者:张波[导读] 摘要:目前,集成电路的工作频率在逐渐的提升,在高速传输中,数字符信号出现了信号完整性的现象。 (南京欣威视通股份有限公司 211000)摘要:目前,集成电路的工作频率在逐渐的提升,在高速传输中,数字符信号出现了信号完整性的现象。通过引入高速PCB信号完整性的概念,分析了影响高速PCB信号完整性的原因,最后,讨论了在高速PCB设计中,信号完整性分析的应用,以期为同行业者提供有利的参考。 关键词:高速PCB信号;完整性;应用 前言:随着现代电子技术的飞速发展,对数字系统的信号边沿速率和时钟速率的要求越来越严格。PCB系统的结构需要具备较高的性能,而不仅仅是一个具备支撑意义的电子元器件。现阶段,对于电子系统设计,通常情况下,其信号频率高于100MHZ,PCB板线路上会出现传输线效应。对高速信号的完整性进行完善处理是一个设计的关键所在。在问题发生后,才对问题进行解决并分析原因,这是传统高速解决方案,该方案要求设计人员具有较高的经验和诊断技术,开发产品具有较长的周期性,可控制性能也是比较低。对于该方案,密度较高以及速度较快的电路设计比较不适合。高速PCB设计能够对产品性能进行有效提升,并对研发周期可以大幅度缩短,有效节约成本。但是,在具体的PCB系统设计中,设计者仍然要面对的一个重要问题就是信号完整性的问题。 1有关高速PCB信号完整性的概念 在信号线中,信号处于正确的状态如:电压、定时,并响应电压电平的设计数值要求的能力,即信号完整性。如果电路中的信号可以达到芯片的接收管脚,并且具有所需的定时、电压幅度以及持续时间,则对于信号传输设计,该电路达到了其效果,信号完整性非常好,反之,当信号完整性出现问题时,会造成各种各样的问题,例如误触发问题、超调问题等,使得时钟出现间歇振荡,或者数据出现误差。 与高频信号不同,高速信号不仅指高频率工作的信号,而且具有陡峭的边沿(上升沿/下降沿)和快速的变化率。一般来说,当系统的工作频率≥50MHZ时,信号边沿上升时间小于信号传输延迟的4倍,因此可以将其称为高速数字系统。倘若信号边沿具有很快的变化速度,那么即使工作频率非常之低,也可以将其称为高速数字系统。 现阶段,超过100MHZ工作频率的电子系统到处皆是,这种系统PCB的线迹互连特性以及板层特性错综复杂,对于信号的意义和属性,没有办法进行直观分析,所以,在PCB的传输以及处理中,如何对信号完整性进行保障,是设计最关注的问题。高速电路设计强调包括数字产品的连接、封装,电路板等在内的无源电路元件的特性,这些特性对PCB的电气特性会造成直接的影响。因此,有必要研究和探讨对于信号完整性分析的结果,如何将其纳入到高速PCB的设计和开发中。 2对信号完整性造成影响的主要因素 2.1定时的影响因素 延时会导致定时出现问题,过度的延迟会对时序造成混乱现象。而延时的主要是由于走线过长和驱动负荷引起的。在进行预算有限时间过程中,所有门延迟都应该负荷,包括设置和保持时间,以及线路延迟。传输线上的等效电容和电感高速时,将切断数字信号引起延迟,这对信号的建立和保持时间造成影响,从而造成接收端对数据不能进行正确辨别。 2.3振铃的影响因素 信号会频繁发生过冲及下冲现象,并且这些信号在逻辑电平的门限位置上下摆动,并振荡到欠阻尼状态,这是振铃的主要表现。造成信号振铃的关键原因在于寄生电感和电容在传输线上跃迁引起的接收端和源端之间的阻抗失配。振铃可以利用合理的端接来抑制。 2.4串扰的影响因素 串扰问题一般发生在高边沿速率的高密度电路板中,当交变信号电流通过信号线时,交变磁场会很容易产生,感应电压会因为交变磁场中的相邻信号线而产生,而高频谐振会因为边沿速率的亚纳秒级而引起,并且可以很轻易的将相邻的互连线进行耦合,从而造成串扰问题,所以通常情况下,在具有大量高速互联的电路板中,会发生串扰问题。 2.5地反弹的影响因素 当容量比较大的数据总线的开关速度,在高速电路板中,非常快时,巨大的瞬态电流将在电源层中产生,当该电流通过接地电路改变时,由于环路的电感而产生电压,电流变化率会随着上升沿变短而变大,有关地反弹的电压就越大。 3分析高速PCB信号完整性分析的应用 3.1时钟 对数字系统而言,时钟具有不容小觑的作用,数字系统能否正常工作与时钟信号完整性问题有着密切的联系。起初,时钟信号主要利用的方式是直接连接,但是,仿真效果差强人意。其主要的原因是因为驱动负荷受阻,并且不匹配,从而导致出现振铃和发射造成的。针对这一问题,利用串联电阻法来进行解决,并通过不断的测试,理想的波形是通过使用50欧姆电阻获得的。 3.2相关的设计流程 在信号完整性分析的基础上,与传统的设计方法相比,PCB设计方法的特点主要有以下几点:第一,在设计PCB之前,进行建模分析信号完整性;第二,通过并依据分析的结果,来对合适的元器件以及线路的拓扑图进行合理科学选择;第三,在PCB设计定稿之前,进行SI分析整体的设计计划,修整设计方案时,应将分析结果作为主要依据;第四,在PCB设计过程中,在对信号完整性进行保证的前提下,还要注意保留一定的冗余,以便灵活的运用布线方式;第五,在印制PCB之后,要对PCB进行SI验证。这样有利于将产品研发周期进行缩短,节约开发成本。 3.3在设计PCB时,应与HyperLynx仿真软件相结合 对信号完整性问题进行有效解决的专用工具软件就是HyperLynx,同时对信号的电磁兼容问题,HyperLynx也能够有效解决。HyperLynx 包含两种仿真工具,一种是BoardSim(布线后仿真工具),另外一种是LineSim(布线前仿真工具)。HyperLynx的特点主要表现在:第一,是以IBIS模型为主要标准和基础的仿真工具;第二,对大多数PCB产品接口可以兼容,如远征PCB、电源PCB等;第三,对于串扰问题,可以利用LineSim进行有效解决;第四,对于信号完整性问题,可以在设计PCB的定型前,便于发现和解决。 3.4在设计PCB时,应与EDA软件相结合

传输线的反射干扰

一.引言 在微机系统中,接口与其它设备之间的连接要通过一定长度的电缆来实现,在计算机内部,印制电路板之间需要通过焊接线来连接。在一些其它的脉冲数字电路中也存在这类事的问题。脉冲信号包含着很多的高频成分,即使脉冲信号本身的重复频率并不十分高,但如果前沿陡峭,在经过传输通道时,将可能发生信号的畸变,严重时将形成振荡,破坏信号的正常传输和电路的正常工作。脉冲信号的频率越高,传输线的长度越长,即便问题越严重。 二.传输线的反射干扰及其造成的危害 任何信号的传输线,对一定频率的信号来说,都存在着一定的非纯电阻性的波阻抗,其数值与集成电路的输出阻抗和输入阻抗的数值各不相同,在他们相互连接时,势必存在着一些阻抗的不连续点。当信号通过这些不连续点时便发生“反射”现象,造成波形畸变,产生反射噪声。另外,较长的传输线必然存在着较大的分布电容和杂散电感,信号传输时将有一个延迟,信号频率越高,延迟越明显,造成的反射越严重,信号波形产生的畸变也就越厉害。这就是所谓的“长线传输的反射干扰”。图1是为了演示这种“长线反射”的实验电路,图2是该电路的各点输出波形。图2(a)是脉冲信号发生器的输出波形,图2(b)是“与非门1”的输出再不连接电缆时的波形,可以看到,该波形同a的输入信号一样,是没有任何畸变的1MHz反向方波。图2(c)是在接入场传输线后门1点波形,可见该波形出现了“振荡”和“台阶”;在传输线的终端,信号不仅有“振荡”,还出现了幅度高达-6V左右的“过冲”图2(d)。实验进一步证明,传输线越长,信号的畸变越严重,当传输线达到10m时,信号波形已面目全非了。 对于TTL器件来说,“过冲”超过6V时,对器件输入端的P-N结就有造成损坏的可能。同时从+3V~-6V的大幅度下降,将会对邻近的平行信号产生严重的串扰,且台阶将造成不必要的延时,给工作电路造成不良的后果。一旦形成震荡,危害就更严重,这种振荡信号将在信号的始端和终端同时直接构成信号噪声,从而形成有效的干扰。 三.信号传输线的主要特性及阻抗匹配 1.信号传输线的特征阻抗 对于计算机及数字系统来说,经常使用的信号传输线主要有单线(含接连线和印制线等)、双绞线、带状平行电缆、同轴电缆和双绞屏蔽电缆等。传输线的特性参数很多,与传输线的反射干扰有关的参数主要有延迟时间和波阻抗。一般说来,反显得信号延迟时间最短,同轴电缆较长,双绞线居中,约为6ns/m。波阻抗为单线最高,约为数百欧,双绞线的波阻抗,双绞线的波阻抗一般在100Ω-200Ω之间,且绞花越短,波阻抗越低。从抗干扰的角度讲,同轴电缆最好,双绞线次之,而带状电缆和单线最差。 2.阻抗的匹配 当传输线终端不匹配时,信号被反射,反射波达到始端时,如始端不匹配,同样产生反射,这就发生了信号在传输线上多次往返反射的情况,产生严重的反射干扰。因此要尽可能做到始端和终端的阻抗匹配,是抑制反射干扰的有效途径。为此,确定“长线”的最佳长度是至关重要的。 在实际实践中,一般以公式的经验来决定实际电路信号传输线的最大允许不匹配长度(也即“长线”界限)。其中,为电路转换边沿的平均宽度,对于常用的中速TTL电路,取15ns,为传输线

估算采样时钟抖动的办法

估算采样时钟抖动的办法 ADC设计的最新进展极大地扩展了可用输入范围,这样系统设计人员便可以去掉至少一个中间频率级,从而降低成本和功耗。在欠采样接收机设计中必须要特别注意采样时钟,因为在一些高输入频率下时钟抖动会成为限制信噪比(SNR)的主要原因。本文章重点介绍如何准确地估算某个时钟源的抖动,以及如何将其与ADC的孔径抖动组合。 采样过程回顾 根据Nyquist-Shannon采样定理,如果以至少两倍于其最大频率的速率来对原始输入信号采样,则其可以得到完全重建。假设以100MSPS的速率对高达10MHz的输入信号采样,则不管该信号是位于1到10MHz的基带(首个Nyquist区域),还是在100到110MHz的更高Nyquist区域内欠采样,都没关系(请参见图1)。 图1100MSPS采样的两个输入信号显示了混叠带来的相同采样点 在更高(第二个、第三个等)Nyquist区域中采样,一般被称作欠采样或次采样。

然而,在ADC前面要求使用抗混叠过滤,以对理想Nyquist区域采样,同时避免重建原始信号过程中产生干扰。 时域抖动 仔细观察某个采样点,可以看到计时不准(时钟抖动或时钟相位噪声)是如何形成振幅变化的。由于高Nyquist区域(例如,f1=10MHz到f2=110MHz)欠采样带来输入频率的增加,固定数量的时钟抖动自理想采样点产生更大数量的振幅偏差(噪声)。另外,图2表明时钟信号自身转换速率对采样时间的变化产生了影响。转换速率决定了时钟信号通过零交叉点的快慢。换句话说,转换速率直接影响ADC中时钟电路的触发阈值。 图2时钟抖动形成更多快速输入信号振幅误差 如果ADC的内部时钟缓冲器上存在固定数量的热噪声,则转换速率也转换为计时不准,从而降低了ADC的固有窗口抖动。如图3所示,窗口抖动与时钟抖

于博士信号完整性分析入门-初稿

于博士信号完整性分析入门 于争博士 https://www.360docs.net/doc/9e13006083.html, 整理:runnphoenix

什么是信号完整性? 如果你发现,以前低速时代积累的设计经验现在似乎都不灵了,同样的设计,以前没问题,可是现在却无法工作,那么恭喜你,你碰到了硬件设计中最核心的问题:信号完整性。早一天遇到,对你来说是好事。 在过去的低速时代,电平跳变时信号上升时间较长,通常几个ns。器件间的互连线不至于影响电路的功能,没必要关心信号完整性问题。但在今天的高速时代,随着IC输出开关速度的提高,很多都在皮秒级,不管信号周期如何,几乎所有设计都遇到了信号完整性问题。另外,对低功耗追求使得内核电压越来越低,1.2v内核电压已经很常见了。因此系统能容忍的噪声余量越来越小,这也使得信号完整性问题更加突出。 广义上讲,信号完整性是指在电路设计中互连线引起的所有问题,它主要研究互连线的电气特性参数与数字信号的电压电流波形相互作用后,如何影响到产品性能的问题。主要表现在对时序的影响、信号振铃、信号反射、近端串扰、远端串扰、开关噪声、非单调性、地弹、电源反弹、衰减、容性负载、电磁辐射、电磁干扰等。 信号完整性问题的根源在于信号上升时间的减小。即使布线拓扑结构没有变化,如果采用了信号上升时间很小的IC芯片,现有设计也将处于临界状态或者停止工作。 下面谈谈几种常见的信号完整性问题。 反射: 图1显示了信号反射引起的波形畸变。看起来就像振铃,拿出你制作的电路板,测一测各种信号,比如时钟输出或是高速数据线输出,看看是不是存在这种波形。如果有,那么你该对信号完整性问题有个感性的认识了,对,这就是一种信号完整性问题。 很多硬件工程师都会在时钟输出信号上串接一个小电阻,至于为什么,他们中很多人都说不清楚,他们会说,很多成熟设计上都有,照着做的。或许你知道,可是确实很多人说不清这个小小电阻的作用,包括很多有了三四年经验的硬件工程师,很惊讶么?可这确实是事实,我碰到过很多。其实这个小电阻的作用就是为了解决信号反射问题。而且随着电阻的加大,振铃会消失,但你会发现信号上升沿不再那么陡峭了。这个解决方法叫阻抗匹配,奥,对了,一定要注意阻抗匹配,阻抗在信号完整性问题中占据着极其重要的

信号反射与振铃产生

信号完整性:信号反射 时间:2009-04-17 21:12来源:未知作者:于博士点击: 12021次 信号沿传输线向前传播时,每时每刻都会感受到一个瞬态阻抗,这个阻抗可能是传输线本身的,也可能是中途或末端其他元件的。对于信号来说,它不会区分到底是什么,信号所感受到的只有阻抗。如果信号感受到的阻抗是恒定的,那么他就会正常向前传播,只要感受到的阻抗发生变化,不论是什么引起的(可能是中途遇到的电阻,电容,电感,过孔,PCB转角,接插件),信号都会发生反射。 那么有多少被反射回传输线的起点?衡量信号反射量的重要指标是反射系数,表示反射电压和原传输信号电压的比值。反射系数定义为:。 其中:为变化前的阻抗,为变化后的阻抗。假设PCB线条的特性阻抗为50欧姆,传输过程中遇到一个100欧姆的贴片电阻,暂时不考虑寄生电容电感 的影响,把电阻看成理想的纯电阻,那么反射系数为:,信号 有1/3被反射回源端。如果传输信号的电压是3.3V电压,反射电压就是1.1V。 纯电阻性负载的反射是研究反射现象的基础,阻性负载的变化无非是以下四种情况:阻抗增加有限值、减小有限值、开路(阻抗变为无穷大)、短路(阻抗突然变为0)。 阻抗增加有限值: 反射电压上面的例子已经计算过了。这时,信号反射点处就会有两个电压成分,一部分是从源端传来的3.3V电压,另一部分是在反射电压1.1V,那么反射点处的电压为二者之和,即4.4V。 阻抗减小有限值: 仍按上面的例子,PCB线条的特性阻抗为50欧姆,如果遇到的电阻是30欧姆,则反射系数为,反射系数为负值,说明反射电压为负电 压,值为。此时反射点电压为3.3V+(-0.825V)=2.475V。 开路: 开路相当于阻抗无穷大,反射系数按公式计算为1。即反射电压3.3V。反射点处电压为6.6V。可见,在这种极端情况下,反射点处电压翻倍了。 短路: 短路时阻抗为0,电压一定为0。按公式计算反射系数为-1,说明反射电压为-3.3V,因此反射点电压为0。 计算非常简单,重要的是必须知道,由于反射现象的存在,信号传播路径中阻抗发生变化的点,其电压不再是原来传输的电压。这种反射电压会改变信号的

实验一小信号调谐(单调谐)放大器实验指导

实验一高频小信号单调谐放大器实验 一、实验目的 1.掌握小信号单调谐放大器的基本工作原理; 2.熟悉放大器静态工作点的测量方法; 3.掌握谐振放大器电压增益、通频带、选择性的定义、测试及计算; 4.了解高频单调谐小信号放大器幅频特性曲线的测试方法。 二、实验原理 小信号单谐振放大器是通信接收机的前端电路,主要用于高频小信号的线性放大。其实验原理电路如图1-1所示。该电路由晶体管BG、选频回路(LC并联谐振回路)二部分组成。它不仅对高频小信号进行放大,而且还有一定的选频作用。 1.单调谐回路谐振放大器原理 单调谐回路谐振放大器原理电路如图1-1所示。图中,R B1、R B2、R E用以保证晶体管工作于放大区域,从而放大器工作于甲类。C E是R E的旁路电容,C B、C C 是输入、输出耦合电容,L、C是谐振回路,R C是集电极(交流)电阻,它决定了回路Q值、带宽。为了减轻负载对回路Q值的影响,输出端采用了部分接入方式。 2.单调谐回路谐振放大器实验电路 单调谐回路谐振放大器实验电路如图1-2所示。其基本部分与图1-1相同。图中,C3用来调谐,K1、K2、K3用以改变集电极电阻,以观察集电极负载变化对谐振回路(包括电压增益、带宽、Q值)的影响。K4、K5、K6用以改变射极偏置电阻,以观察放大器静态工作点变化对谐振回路(包括电压增益、带宽、Q值)的影响。

图1-2 单调谐回路谐振放大器实验电路 高频小信号调谐放大器的主要性能指标有谐振频率f 0,谐振电压放大倍数A u0,放大器的通频带BW 0.7及选择性(通常用矩形系数K 0.1来表示)等。 放大器各项性能指标及测量方法如下: 1.谐振频率 放大器的调谐回路谐振时所对应的频率f 0称为放大器的谐振频率,对于图1所示电路(也是以下各项指标所对应电路),f 0的表达式为 ∑=LC f π21 式中,L 为调谐回路电感线圈的电感量; ∑C 为调谐回路的总电容,∑C 的表达式为 21oe C C n C ∑=+ 式中, C oe 为晶体管的输出电容; n 1(注:此图中n 1=1)为初级线圈抽头系数;n 2为次级线圈抽头系数。 谐振频率f 0的测量方法是: 用扫频仪作为测量仪器,测出电路的幅频特性曲线,微调C3,使电压谐振曲线的峰值出现在规定的谐振频率点f 0。 2.电压放大倍数 放大器的谐振回路谐振时,所对应的电压放大倍数A u0称为调谐放大器的电压放大倍数。A u0的表达式为

高频实验:小信号调谐放大器实验报告要点

实验一 小信号调谐放大器实验报告 一 实验目的 1.进一步掌握高频小信号调谐放大器的工作原理和基本电路结构。 2.掌握高频小信号调谐放大器的调试方法。 3.掌握高频小信号调谐放大器各项技术参数(电压放大倍数,通频带,矩形系数)的测试。 二、实验使用仪器 1.小信号调谐放大器实验板 2.200MH 泰克双踪示波器 3. FLUKE 万用表 4. 模拟扫频仪(安泰信) 5. 高频信号源 三、实验基本原理与电路 1、 小信号调谐放大器的基本原理 所谓“小信号”,通常指输入信号电压一般在微伏 毫伏数量级附近,放大这种信号的放大器工作在线性范围内。所谓“调谐”,主要是指放大器的集电极负载为调谐回路(如LC 调谐回路)。这种放大器对谐振频率0f 及附近频率的信号具有最强的放大作用,而对其它远离0f 的频率信号,放大作用很差,如图1-1所示。 图1.1 高频小信号调谐放大器的频率选择特性曲线 小信号调谐放大器技术参数如下: 1 0.707

1.增益:表示高频小信号调谐放大器放大微弱信号的能力 2.通频带和选择性:通常规定放大器的电压增益下降到最大值的0.707倍时,所对应的频率范围为高频放大器的通频带,用B0.7表示。衡量放大器的频率选择性,通常引入参数——矩形系数K0.1。 2.实验电路 原理图分析: In1是高频信号输入端,当信号从In1输入时,需要将跳线TP1的上部连接起来。In2是从天线接收空间中的高频信号输入,电感L1和电容C1,C2组成选频网络,此时,需要将跳线TP1的下部连接起来。电容C3是隔直电容,滑动变阻器RW2和电阻R2,R3是晶体管基极的直流偏置电阻,用来决定晶体管基极的直流电压,电阻R1是射极直流负反馈电阻,决定了晶体管射极的直流电流Ie。晶体管需要设置一个合适的直流工作点,才能保证小信号谐振放大器正常工作,有一定的电压增益。 通常,适当的增加晶体管射极的直流电流Ie可以提高晶体管的交流放大倍数 ,增大小信号谐振放大器的放大倍数。但Ie过大,输出波形容易失真。一般控制Ie在1-4mA之间。 电容C3是射极旁路电路,集电极回路由电容和电感组成,是一个并联的LC 谐振回路,起到选频的作用,其中有一个可变电容可以改变回路总的电容值。电

信号完整性测试规范和工作流程V091

信号完整性测试规范和工作流程(Ver0.9x) 历史记录: 1.2003-4-22:初稿、起草。 2.2003-5-23: 一.主要目的: 信号完整性测试的思想是信号源输出,经过传输线到达信号末端(负载),信号本身的相对变化情况。主要目的是验证PCB设计是否保证了信号在传输过程中能否保证其完整性,以信号的相对测试为主旨,信号本身8的绝对测试为辅。信号比较的内容主要是信号的本征特性参数。同时也部分验证电路原理设计的合理性。也检验产品的性能符合国家有关标准的要求,比如3C、EMC、ESD等。从定性参数的角度保证PCB设计达到了电路设计的要求,同时也保证产品的可靠性、一致性。 信号完整性测试一般是在线测试,因此很多测试参数在不同的工作模式下会有较大的差别。一般情况下需要测试静态工作模式,但一些参数需要测试满负荷工作模式。另外测试点的选择,特别是接地点的位置会对测试结果有很大的影响。 二.基本要求: 要求测试准确、可靠、完善。并要求有完整的测试报告。这里的要求是一般通用性的要求,针对具体的产品、产品的不同阶段,可以提出不同的参数要求和具体的测试内容。由于测试是在PCB板上(或称“在线”)的测试,因此一些测试条件和测试参数的定义条件可能会出现不一致的情况,因此规定:测试的基本状态在没有任何说明的情况下,认为是静态工作模式或额定正常工作模式。如果在测试方法中有规定或说明的,以测试说明的条件为准。在类型和参数中列出了比较详细全面的参数,但在测试中可能没有要求,因此,具体产品如果需要测试请加以特别说明。一般规定:主要参数是必须测试的项目参数。 + 三.类型和参数: 3.1电源部分: 3.1.1电源类型分为LDO电源、DC/DC电源。 3.1.2主要参数有:幅度、纹波、噪声。 3.1.3状态分为:额定负载、空载、轻载、重载、超载。 3.1.4保护能力:输出电流保护、输出电压保护、输入电压保护、热保护。 3.1.5其它参数:输入电压适应性、静态电流、关机电流(漏电流)。 3.2时钟信号: 3.2.1时钟源分类:晶体时钟(正弦波时钟)、晶振时钟(方波时钟、钟振时钟)。 3.2.2时钟类型:系统时钟(源时钟)、(数据)同步时钟。 3.2.3主要参数:频率、占空比、过冲、上升沿、下降沿。 3.2.4其它参数:相位抖动、频率漂移、波形畸变。 3.3总线类信号: 3.3.1分类:数据类总线、地址类总线、混合类总线。 3.3.2主要参数:幅度、过冲。 3.3.3其它参数:抖动、上升沿、下降沿。 3.4端口信号: 3.4.1分类:数据信号、基带(调制)信号、二次调制信号、 3.4.2主要参数:幅度、过冲、上升沿、下降沿。 3.4.3其它参数:抖动、频谱、功率(谱)密度。 3.4.4使用到的几种埠:串口、网口、USB口、IF、RF。 3.5其它信号、器件、电路: 3.5.1主要的几个:复位信号、JTAG、无线、功耗、温度、音频振荡器。 3.5.2参数:

PCB高速时钟信号布线技术技巧简要分析

PCB 高速时钟信号布线技术技巧简要分析 在PCB 的设计过程中,越来越多的工程师选择合理利用高速时钟信号布线技术,来有效提升其信号传输的有效性和传输速度。本文将会就PCB 高速时钟信号布线技术的相关技巧,展开简要分析,希望能够对刚刚开始接触PCB 设计工作的新人工程师提供一定的帮助。 相信很多电子工程师都非常明白的一点是,时钟电路的设计和应用在目前覆盖范围最广泛的数字电路中占有非常重要地位。在未来的DSP 现代电子系统应用设计中,对时钟布线要求也会越来越高。高速时钟信号线优先级最高,一般在布线时,需要优先考虑系统的主时钟信号线。高速时钟信号线信号频率高,要求走线尽量地短,保证信号的失真度最小。 在时钟电路的设计中,高频时钟作为一种敏感程度非常高的重要元件,对电路中的噪声干扰特别敏感,这也就需要工程师特别针对高频时钟信号线进行保护和屏蔽,力求将干扰降到最小。高频时钟主要指的是20MHz 以上的时钟或上升沿少于5ns 的时钟,在进行PCB 布线设计时,高频时钟必须有地线护送,时钟的线宽至少10rail,护送地线的线宽则至少要达到20mil。高频信号线的保护地线两端必须由过孔与地层良好接触,且每5em 左右要打过孔与地层相连。地线护送与数据线基本等长,推荐手工拉线。时钟发送侧必须串接一个22~220Q 左右的阻尼电阻。 在进行PCB 的高速时钟信号走线设计时,工程师需要特别注意,应当将其尽量设计在同一层面上,高速时钟信号线周围尽量没有其他的干扰源和走线。高频时钟连线建议采用星型连接或采用点对点连接,采用T 型连接要保证等臂长,尽量减少过孔的数量,在晶振或时钟芯片下需敷铜防止干扰。避免由这些线带来的信号噪声所产生的干扰。

信号振铃的产生

Boyi?电子产品世界 千里之行,始于足下。 信号完整性之信号振铃的产生 在电源完整性设计一文中,推荐了一种基于目标阻抗(target impedance)的去耦电容设计方法。在这种方法中,从频域的角度说明了电容选择方法。把瞬态电流看成阶跃信号,因而有很宽的频谱,去耦电容必须在这个很宽的频谱内使电源系统阻抗低于目标阻抗(target impedance)。电容的选择是分频段设计的,每一种容值的电容负责一段频谱范围,超出这个范围的,由其他电容负责构成低阻抗路径。 有些人可能对这种频域方法有些困惑,本文从另外一个更直观的角度来说明去耦电容的这种特性,即电容的去耦时间。 构成电源系统的两个重要部分:稳压电源、去耦电容。首先说说稳压电源的反应时间。负载芯片的电流需求变化是极快的,尤其是一些高速处理器。内部晶体管开关速度极快,假设处理器内部有1000个晶体管同时发生状态翻转,转台转换时间是1ns,总电流需求是500mA。那么此时电源系统必须在1ns时间内迅速补充上500mA瞬态电流。遗憾的是,稳压源在这么短的时间内反应不过来,相对于电流的变化,稳压源显得很迟钝,有点像个傻子,呵呵。通常说的稳压源的频率响应范围在直流到几百k之间,什么意思?这从时域角度可能更好理解。假设稳压源的频率响应范围是直流到100kHz,100kHz对应时域的10us时间间隔。也就是稳压源最快的响应速度是10us,如果负载芯片要求在20 us 内提供所需的电流,那么稳压电源有足够的反应时间,因此可以提供负载所需要的电流。但是如果负载电流要求的时间是1ns的话,对稳压电

源来说太快了,稳压源还在那发呆呢,瞬态电流的需求已经过去了。负载可不会等着稳压源来做出反应,不能给它及时提供电流,他就把电压拉下来,想想,功率一定,电流大了,电压必然减小。哦,这就产生了轨道塌陷,噪声产生了。因此,所说的频率响应范围,在时域对应的是一个响应时间问题。 电容也同样存在响应时间。电源要10us才能反应过来,那从0到10us 之间这段时间怎么办?这就是电容要干的事。按电源完整性设计一文中,加入一个31.831uF电容,能提供100kHz到1.6MHz频段的去耦。从时域来说,这个电容的最快反应时间是1/1.6MHz=0.625us。也就是说从0.625us到10us这段时间,这个电容就可以提供所需电流。稳压电源发呆就发呆吧,别指望它了,电容先顶上,过10us后再让稳压源把活接过来。从0.625us到10us这段时间就是电容的有效去耦时间。 加一个电容后,电源系统的反应时间还是很长,625ns,还是不能满足要求,那就再加电容,放一些很小的电容,比如13个0.22uF电容,提供1.6MHz到100MHz的去耦,那么这13个小电容最快反应时间为1/100MHz=1ns。如果有电流需求,1ns后这些小电容就做出反应了。 通常这个反应时间还不够,那就在加一些更小的电容,把去耦频率提到500MHz,反应时间可以加快到200ps,一般来说足够了。不同电容产生去耦作用,都需要一定的时间,这就是去耦时间。不同的去耦时间对应不同的有效去耦频率段,这就是为什么去耦电容要分频段设计的原因。 这里给出的是一个直观的解释,目的是让你有一个感性的理解。

实验一高频小信号调谐放大器实验报告

高频小信号调谐放大器 一、实验目的 1.进一步掌握高频小信号调谐放大器的工作原理和基本电路结构。 2.掌握高频小信号调谐放大器的调试方法。 3.掌握高频小信号调谐放大器各项技术参数(电压放大倍数,通频带,矩形系数)的测试方法。 4.熟练掌握multisim软件的使用方法,并能够通过仿真而了解到电路的一些特性以及各电路原件的作用 二、实验仿真 利用实验室计算机或者自己计算机上安装的Multisim9(10)软件,参照实验电路图,进行仿真 仿真电路图如下:

六、数据处理 () f MHz 7 8 9 9.7 9.8 9.9 10 10.1 10. 2 10. 3 () i u mV15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 () o u mV19 28 55 120 128 138 143 150 140 130 (/) u o i A u u 1.2 7 1.8 7 3.6 7 8.0 8.5 3 9.2 9.5 3 10.0 9.3 3 8.6 7 () f MHz10. 4 10. 5 10. 6 10. 7 11 12 13 14 15 16 () i u mV15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 () o u mV120 100 90 80 64 39 28 24 20 18 (/) u o i A u u8.0 0 6.6 7 6.0 5.3 3 4.2 7 2.6 1.8 7 1.6 1.3 3 1.2

7 8910111213141516 25 50 75 100 125 150 uo(mV) f(MHz) 二、实验仿真 利用实验室计算机或者自己计算机上安装的Multisim9(10)软件,参照实验电路图,进行仿真 仿真电路图如下: 使得晶体满足: 1.发射极正偏:b e V V >,且0.6be V V >

实验一小信号调谐(单双调谐)放大器实验

实验一高频小信号调谐放大器实验 一、实验目的 1.掌握小信号调谐放大器的基本工作原理; 2.掌握谐振放大器电压增益、通频带、选择性的定义、测试及计算; 3.了解高频小信号放大器动态范围的测试方法; 二、实验原理 1-1a1-1b (一)单调谐放大器 小信号谐振放大器是通信机接收端的前端电路,主要用于高频小信号或微弱信号的线性放大。其实验单元电路如图1-1(a)所示。该电路由晶体管Q1、选频回路T1二部分组成。它不仅对高频小信号进行放大,而且还有一定的选频作用。本实验中输入信号的频率f S=12MHz。基极偏置电阻W3、R22、R4和射极电阻R5决定晶体管的静态工作点。可变电阻W3改变基极偏置电阻将改变晶体管的静态工作点,从而可以改变放大器的增益。 表征高频小信号调谐放大器的主要性能指标有谐振频率f0,谐振电压放大倍数A v0,放大器的通频带BW及选择性(通常用矩形系数K r0.1来表示)等。 放大器各项性能指标及测量方法如下: 1.谐振频率 放大器的调谐回路谐振时所对应的频率f0称为放大器的谐振频率,对

于图1-1(a )所示电路(也是以下各项指标所对应电路),f 0的表达式为 ∑ = LC f π210 式中,L 为调谐回路电感线圈的电感量; ∑C 为调谐回路的总电容,∑C 的表达式为 ie oe C P C P C C 2221++=∑ 式中,C oe 为晶体管的输出电容;C ie 为晶体管的输入电容;P 1为初级线圈抽头系数;P 2为次级线圈抽头系数。 谐振频率f 0的测量方法是: 用扫频仪作为测量仪器,测出电路的幅频特性曲线,调变压器T 的磁芯,使电压谐振曲线的峰值出现在规定的谐振频率点f 0。 2.电压放大倍数 放大器的谐振回路谐振时,所对应的电压放大倍数A V0称为调谐放大器的电压放大倍数。A V0的表达式为 G g p g p y p p g y p p v v A ie oe fe fe i V ++-=-=- =∑2 22 1212100 式中,∑g 为谐振回路谐振时的总电导。要注意的是y fe 本身也是一个复数,所以谐振时输出电压V 0与输入电压V i 相位差不是180o而是为180o+Φfe 。 A V0的测量方法是:在谐振回路已处于谐振状态时,用高频电压表测量图1-1(a )中输出信号V 0及输入信号V i 的大小,则电压放大倍数A V0由下式计算: A V0=V 0/V i 或A V0=20 lg (V 0/V i ) d B 3.通频带 由于谐振回路的选频作用,当工作频率偏离谐振频率时,放大器的电压放大倍数下降,习惯上称电压放大倍数A V 下降到谐振电压放大倍数A V0的0.707倍时所对应的频率偏移称为放大器的通频带BW ,其表达式为

高速信号常见问题分析

高速信号常见问题分析(一) ----一个25MHZ时钟信号的单调性问题测试分析 美国力科公司上海代表处胡为东 【摘要】 本文结合实际测试中遇到的时钟信号回沟问题介绍了高速信号的概念,进一步阐述了高速信号与高频信号的区别,分析了25MHZ时钟信号沿上的回沟等细节的测试准确度问题,并给出了高速信号测试时合理选择示波器的一些建议。 【关键词】 高速信号示波器时钟回沟带宽采样率 一、问题的提出 下图1为一个25MHZ 时钟信号的测试结果截图: 图1 使用一个1G带宽、10GS/S的示波器测试一个25M的时钟信号的频率、上升时间等测试结果 测得上升时间为485ps,时钟频率为25MHZ左右。从这个测试结果图上我们并不能看出什么问题来,时钟频率的偏差也很小。对于时钟信号,我们通常

是使用其上升沿或者下降沿的中间电平位置来采样数据,因此时钟信号上升沿或者下降沿的单调性就显得非常重要。下图2为该时钟上升沿的细节,从该图上我们可以清楚的看到示波器对该信号的采样点位置及采样点个数。 图2 使用一个1G带宽、10GS/S的示波器测试一个25M的时钟上升沿的测试结果 从图2上我们可以看到波形上升沿比较平滑,单调性很好。 那么如果我们用一个更高带宽、更高采样率的示波器来测这个时钟会有什么样的变化呢?下图3为用一个6G带宽的示波器,20GS/s采样率去测量该时钟信号,我们发现在该时钟信号的上升沿的中点位置处明显有一个回沟,说明事实上该时钟信号的上升沿是非完全单调的!

图3使用一个6G带宽、20GS/S的示波器测试一个25M的时钟上升沿的测试结果 那么到底是由于示波器带宽的原因还是由于示波器采样率的原因导致 该时钟信号在1G带宽的示波器上和6G带宽的示波器上测试结果的差异呢?下图4为用一个6G带宽的示波器,10GS/s采样率去测量该时钟信号的测试结果图:

过冲及振铃现象实验分析

过冲及振铃实验现象分析 1.测试电路及过冲、振铃现象 测试电路如下图所示,A点为电压输出口,B点为为了接入电阻而切开的口,C点为同轴电压监测点。 B A C 在B点出用导线连接时,在C点引同轴线到示波器(示波器内阻1M),观察到上升沿有过冲及振铃现象,如下图所示。

1.2 振铃产生的原因分析 1.2.1 振铃现象的产生 那么信号振铃是怎么产生的呢? 前面讲过,如果信号传输过程中感受到阻抗的变化,就会发生信号的反射。这个信号可能是驱动端发出的信号,也可能是远端反射回来的反射信号。根据反射系数的公式,当信号感受到阻抗变小,就会发生负反射,反射的负电压会使信号产生下冲。信号在驱动端和远端负载之间多次反射,其结果就是信号振铃。大多数芯片的输出阻抗都很低,如果输出阻抗小于PCB走线的特性阻抗,那么在没有源端端接的情况下,必然产生信号振铃。 信号振铃的过程可以用反弹图来直观的解释。假设驱动端的输出阻抗是10欧姆,PCB走线的特性阻抗为50欧姆(可以通过改变PCB走线宽度,PCB走线和内层参考平面间介质厚度来调整),为了分析方便,假设远端开路,即远端阻抗无穷大。驱动端传输3.3V电压信号。我们跟着信号在这条传输线中跑一次,看看到底发生了什么?为分析方便,忽略传输线寄生电容和寄生电感的影响,只考虑阻性负载。下图为反射示意图。 第1次反射:信号从芯片内部发出,经过10欧姆输出阻抗和50欧姆PCB 特性阻抗的分压,实际加到PCB走线上的信号为A点电压3.3*50/(10+50)=2.75V。传输到远端B点,由于B点开路,阻抗无穷大,反射系数为1,即信号全部反射,反射信号也是2.75V。此时B点测量电压是2.75+2.75=5.5V。 第2次反射:2.75V反射电压回到A点,阻抗由50欧姆变为10欧姆,发生

示波器测量小信号方法

如何用示波器测量小信号 饶志华肖静刘滨 东华理工大学 用数字示波器测量小信号时,由于信号幅度较小,极容易受噪声干扰。经总结,用数字示波器测小信号可以按照如下步骤进行: 1、将信号好输入示波器(这里以p-p value=5mv,f=1KHz的余弦信号为例) 2、按”auto set”按钮获取波形,见图1 图1按”auto set”获取波形 3、按触发菜单按钮”trig menu”,在显示屏幕上弹出触发菜单,见按菜单旁边对应的按钮, 选取图示的触发方式,见图2 图2按触发菜单按钮选取合适触发方式

4、调节相应的幅度旋钮”scale”,将波形的幅度展宽(图中信号是从第一路输出),见图3。 图3调节幅度旋钮将波形的幅度展宽 5、调节相应的频率旋钮”scale”,将波形在时域上展开,仅在屏幕上仅显示1-3个周期(待补 图) 6、如果这时后的波形看不到余弦信号的样子,则可能是示波器抓取波形失败,则重复以上 步骤。 7、这时候示波器上显示的波形由于受噪声影响,重影非常明显,这时可以按捕获按 钮”acquire”,选取“取平均次数,即用多次采样的次来作为测量值,故可以中和掉噪声,这时候可以看到细小清晰的波形。(待补图) --------------- 注:实际信号发生器输出的波形噪声没有那么严重,大部分噪声是来自周围环境的噪声和信号发生器和示波器的接入方式,当采取同轴电缆将信号发生器和示波器直接连接起来的时候,不用求平均值的方式也可以得到较好的信号,这也从一方面说明了当用放大器放大小信号时,示波器上的输出信号不像输入信号般有非常大的噪声。

按下测量按钮,则可以得到测量波形的各项参数值。(待补图)

信号完整性分析与测试

信号完整性分析与测试 信号完整性问题涉及的知识面比较广,我通过这个短期的学习,对信号完整性有了一个初步的认识,本文只是简单介绍和总结了几种常见现象,并对一些常用的测试手段做了相应总结。本文还有很多不足,欢迎各位帮助补充,谢谢! 梁全贵 2011年9月16日

目录 第1章什么是信号完整性------------------------------------------------------------------------------ 3第2章轨道塌陷 ----------------------------------------------------------------------------------------- 5第3章信号上升时间与带宽 --------------------------------------------------------------------------- 6第4章地弹----------------------------------------------------------------------------------------------- 8第5章阻抗与特性阻抗--------------------------------------------------------------------------------- 9 5.1 阻抗 ------------------------------------------------------------------------------------------ 9 5.2 特性阻抗------------------------------------------------------------------------------------- 9第6章反射----------------------------------------------------------------------------------------------11 6.1 反射的定义 ---------------------------------------------------------------------------------11 6.2 反射的测试方法--------------------------------------------------------------------------- 12 6.3 TDR曲线映射着传输线的各点 --------------------------------------------------------- 12 6.4 TDR探头选择 ----------------------------------------------------------------------------- 13 第7章振铃--------------------------------------------------------------------------------------------- 14 第8章串扰--------------------------------------------------------------------------------------------- 16 8.1 串扰的定义 -------------------------------------------------------------------------------- 16 8.2 观测串扰 ----------------------------------------------------------------------------------- 16 第9章信号质量 --------------------------------------------------------------------------------------- 18 9.1 常见的信号质量问题 --------------------------------------------------------------------- 18 第10章信号完整性测试 ----------------------------------------------------------------------------- 21 10.1 波形测试---------------------------------------------------------------------------------- 21 10.2 眼图测试---------------------------------------------------------------------------------- 21 10.3 抖动测试---------------------------------------------------------------------------------- 23 10.3.1 抖动的定义 ------------------------------------------------------------------------ 23 10.3.2 抖动的成因 ------------------------------------------------------------------------ 23 10.3.3 抖动测试 --------------------------------------------------------------------------- 23 10.3.4 典型的抖动测试工具: ---------------------------------------------------------- 24 10.4 TDR测试 --------------------------------------------------------------------------------- 24 10.5 频谱测试---------------------------------------------------------------------------------- 25 10.6 频域阻抗测试 ---------------------------------------------------------------------------- 25 10.7 误码测试---------------------------------------------------------------------------------- 25 10.8 示波器选择与使用要求: -------------------------------------------------------------- 26 10.9 探头选择与使用要求-------------------------------------------------------------------- 26 10.10 测试点的选择--------------------------------------------------------------------------- 27 10.11 数据、地址信号质量测试 ------------------------------------------------------------- 27 10.11.1 简述 ------------------------------------------------------------------------------- 27 10.11.2 测试方法-------------------------------------------------------------------------- 27

相关文档
最新文档