1、為什么要用信號的上升(下降)時延長短來判斷是否為高速信號?
A:信號越“陡”,需要保持信號完整的頻率分量也就越多(福利葉變換可知;一般數(shù)字信號保持5倍頻最多,因為取5倍頻已經(jīng)考慮到了信號90%的能量)。又不同頻率的信號有不同的傳輸特性,傳輸使用的頻帶越寬傳輸特性越復(fù)雜。如,同樣是150M信號,如果取7倍頻,信號會好看很多,但是它的傳輸頻率會達(dá)到1GHz;分立元件在150M-1G這個頻段內(nèi)的特性變化很大,說不定哪個頻率就會出現(xiàn)駐波現(xiàn)象。況且,信號不是“純”的150M,情況便復(fù)雜的多。
2、高速信號和普通的低頻信號分析上有哪些不同?
A:從考慮的物理量,傳輸系統(tǒng)和電路模型三個方面考慮。
低頻電路系統(tǒng)
物理量為:電流、電壓、電阻、電容、電感。傳輸系統(tǒng)為可見的回路式電路。電路模型為分立元件電路、集總模型。
微波電路系統(tǒng)
物理量為:功率、損耗、特征阻抗、傳輸模式。傳輸系統(tǒng)為可見不可見介質(zhì)回路形式,大氣、波導(dǎo)、傳輸線等。電路模型為麥克斯韋方程、等效分布模型。
3、怎樣看待高速信號的傳輸過程,如果不是像低頻系統(tǒng)中的“電子流”那樣?
A:電磁波的傳輸是電磁波在傳輸介質(zhì)中交替建立電場和磁場傳輸?shù)摹_@個交替的過程會一直沿著某個方向延續(xù)下去,雖然電場的強(qiáng)度會不斷減弱。我們分析常用的是TEM模型,也就是限制電磁波傳播方向在Z軸方向。換句話說,不是沿Z軸向前,就是向后。那么,如果遇到“障礙物”,電磁波有一部分繼續(xù)傳輸,而另一部分則是被反射回來,反向傳輸。我們定義電磁波傳輸?shù)姆瓷潆妷汉颓跋螂妷褐葹榉瓷湎禂?shù)。
4、匹配到底是該匹配源端還是終端?
A:雖然源端和終端都存在匹配問題,但是終端的匹配更重要一些,因為這是消除反射的最佳位置。事實(shí)上,很多工程師提到匹配,都會默認(rèn)為終端匹配。當(dāng)然,在很多情況下,終端不允許做匹配或者終端匹配機(jī)制做的不好,那就要在源端來進(jìn)行匹配了。比如,時鐘芯片的輸出管腳,一定要接一個22Ω或者33Ω的電阻,這就是典型的源端匹配。源端匹配和終端匹配并不矛盾,只是匹配的位置和消除反射的對象不同而已。
5、到底該如何理解“阻抗”impedence?
A:對于所有的理想元件,其阻抗定義為該導(dǎo)體兩端的電壓(矢量)和流經(jīng)該導(dǎo)體的電流(矢量)的比值。這個定義不管是在時域還是頻域都是有效的。從這個定義出發(fā),那么有,對于理想電阻,其電壓和電流總是同頻矢量,即,理想電阻不會影響信號的頻率。而對于理想電感和電容,我們推導(dǎo)得出其阻抗分別問ZL=jwL,ZC=-jwC。即電感和電容的阻抗都是頻率相關(guān)量。注意,這里說的是理想元件!對非理想元件,需要建立等效模型來研究。需注意的是,電磁波每經(jīng)過一段導(dǎo)線Δx,它都要建立相應(yīng)的電磁場,則對應(yīng)一個瞬時阻抗。如果傳輸線上每個單元Δx等效電路相同,且其物理特性完全一致,即每個瞬時阻抗都是一致的。那么,該瞬時阻抗就可以定位為該傳輸線的特征阻抗。而該傳輸線系統(tǒng)便是“連續(xù)且均勻的”。
6、傳輸線結(jié)構(gòu)應(yīng)該怎樣理解?
A:一個獨(dú)立的點(diǎn)可以構(gòu)成電場嗎?答案是不能的。如果把導(dǎo)線上某點(diǎn)看成兩個電勢點(diǎn)中的高電勢點(diǎn)的話,那還得要一個低電勢點(diǎn)。也就是為信號提供回流路徑。注意!不是只有通常意義上的地平面,任何能夠和信號線之間建立電場和磁場聯(lián)系的導(dǎo)體,都能和信號線提供回流路徑。對于一段微帶線,和它構(gòu)成傳輸線結(jié)構(gòu)的路徑包括了:微帶線本身,回流路徑,以及微帶線和回流路徑之間的介質(zhì)。所以,這條傳輸線的特性阻抗,其實(shí)是這整個傳輸線結(jié)構(gòu)中各個因素等效后的綜合結(jié)果。
7、為什么是50Ω?
A;原因一是和以前的產(chǎn)品及系統(tǒng)相兼容,就像“鐵軌寬度是由馬屁股決定的”那樣;原因二是,CMOS的輸出阻抗一般在幾十歐姆,且IBM的調(diào)查顯示,板級設(shè)計的也是40Ω~80Ω為最優(yōu)。
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原文標(biāo)題:高速信號分析的幾個基本問題
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