随着现代芯片技术的发展,器件集成度大幅度提升,各类数字器件的工作频率也越来越高,信号沿已经可以达到纳秒级别甚至更小。数百兆赫兹(MHz)甚至吉赫兹(GHz)的高速信号对于设计者而言,需要考虑在低频电路设计中所不需要考虑的信号完整性(Signal Integrity)问题。这其中包括延时、反射、串扰、同步开关噪声(SSN)、电磁兼容性(EMC)。
然而,高速电路是什么,什么信号才属于高速信号?这是笔者曾在一次面试中被问到过的一个问题,当时脑袋中迅速闪过图像数据处理、音频处理等设计,但是如何定义所谓的“高速”却一下子想不出来如何定义这个基本概念。
高速电路:数字逻辑电路的频率达到或超过50MHz,而且工作在这个频率之上的电路占整个系统的1/3以上,就可以称其为高速电路
高速信号:如果线传播延时大于数字信号驱动端上升时间的1/2,则可以认为此类信号是高速信号
与信号本身的频率相比,信号边沿的谐波频率更高,信号快速变化的跳变(上升沿或下降沿)可能引发信号传输的非预期结果。如果传输时间大于上升或下降时间的1/2,那么信号在改变状态之后,来自接收端的反射信号将到达驱动端,若该反射信号很强,叠加的波形就有可能改变逻辑状态。
以Tr表示信号上升时间,Tpd表示信号线传播延时,
若Tr > 4Tpd,则信号落在安全区域;
若2Tpd < Tr < 4Tpd,则信号落在不确定区域;
若Tr ≤ 2Tpd,则信号将落在问题区域。
当信号属于高速信号时,应该使用高速信号布线方法进行PCB设计。
审核编辑 :李倩
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原文标题:什么是高速电路?什么信号算高速?
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