高速pcb設(shè)計指南之七-閱讀頁
2025-02-01 05:53本頁面
【正文】 提供電很有限，所以需要提供過量電流是一個嚴(yán)重的問題。 對于高速應(yīng)用和在邏輯信號控制下使數(shù)據(jù)流反向轉(zhuǎn)送的情況，可用BurrBrown公司的ISO 150數(shù)字耦合器。通道1控制通道2的傳送方向，并配置為從A端傳送到B端。送到B端的高電平把通道2的那一端置為接收模式。方向信號的狀態(tài)在隔離屏障的兩邊都有。位串行通信的第二種變形是正在發(fā)展中的差分總線系統(tǒng)裝置。某些系統(tǒng)很幸運地具有公共地，而很多系統(tǒng)具有不同電位的結(jié)點。BurrBrown公司的ISO 422是設(shè)計成用于可有這些應(yīng)用的集成全雙工隔離收發(fā)器。此器件甚至還包含了環(huán)路（Loopback）測試功能，所以每個結(jié)點都可執(zhí)行自測試功能。隔離并行數(shù)據(jù)總線系統(tǒng) 并行數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)總線的隔離將增加三個更主要的設(shè)計參量：容許的偏移度光耦合器之間的傳播時間失配將導(dǎo)致數(shù)據(jù)偏移，從而引起在接收端的數(shù)據(jù)誤差。這種配置將以2MBps的速率傳輸數(shù)據(jù)。 當(dāng)CONT引腳被置成低態(tài)時，在LE1信號的控制下，數(shù)據(jù)以同步模式被傳送穿越屏障。當(dāng)LE1變低態(tài)時，數(shù)據(jù)字節(jié)開始傳輸穿越屏障。在此模式下，可傳送的數(shù)據(jù)率可達2MBps。 數(shù)據(jù)傳輸對外部鎖存使能信號是異步的。在一個字節(jié)傳輸完成后，整個字節(jié)移入輸出鎖存，輸出鎖存將對已傳輸?shù)臄?shù)據(jù)字節(jié)去偏移。模擬信號隔離 在很多系統(tǒng)中，模擬信號必須隔離。模擬信號通常先要考慮：頻率響應(yīng) BurrBrown的ISO124使模擬隔離簡化。輸出部分接收被調(diào)制的信號，把它變換回模擬電壓并去掉調(diào)制/解調(diào)過程中固有的紋波成分。調(diào)制器工作在500kHz的基頻上，所以高于250kHz Ngquist頻率的輸入信號在輸出中呈現(xiàn)較低的頻率分量。圖4示出了降低系統(tǒng)其余部分中高頻噪聲污染的組合濾波方法。輸出濾波器是一個Q為I、3dB頻率為50kHz的二極Sallenkey級。 對隔離電壓的另一問題是輸入級所需的功率。因此，輸入級的電源也必須隔離。圖5示出在ISO124輸入級的一個單電壓電源結(jié)合使用1NA2132雙差分放大器，可將擺幅提升到輸入信號電平的全范圍。INA2132的下半部產(chǎn)生一個VS+電源的一半的輸出電壓。INA2132的差分輸入信號的擺幅可以高于或低于新參考電平。隔離用的多功能IC 新的多功能數(shù)據(jù)采集IC使設(shè)計人員有機會在跨越隔離屏?xí)r完成多個任務(wù)。所有這些功能都是通過一個串行數(shù)據(jù)口進行控制的。ADS7870與ISO150一起工作得很好，并示于圖6?？刂铺匦园ǎ?個差分通道或8個單端通道12位A/D轉(zhuǎn)換的初始化 此器件的4條數(shù)字I/O線也是有用的，可被個別地規(guī)定為報告數(shù)字信號的狀態(tài)或輸出數(shù)字信號。結(jié)語有很多器件可供設(shè)計人員選用，并使用在系統(tǒng)中地電位有很大差別的設(shè)計中。新器件性能集成的高水平使得跨越隔離屏障能實現(xiàn)從前做不到的更復(fù)雜的操作。隨著切換速度的加快，現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)遇到了一系列難題，例如：信號反射、延遲衰落、串音、和電磁兼容失效等等。不幸的是，這些特性是有害的，在設(shè)計過程中應(yīng)該盡量設(shè)法避開。串音由何引起？ 當(dāng)信號沿著印刷電路板的布線傳播時，其電磁波也沿著布線傳播，從集成電路芯片一端傳到線的另一端。電磁波包括隨時間變化的電場和磁場。所以，如果附近有其它線路，當(dāng)信號沿一根導(dǎo)線傳播時，其電場和磁場將會影響到其它線路。 在印刷電路板中，引起串音的線路通常稱為“侵入者”。在任何“受害者”中的串音信號都可被分為前向串音信號和後向串音信號，這兩種信號部分地由於電容耦合和電感耦合引起。 高速快艇對水產(chǎn)生兩種影響。 這很類似於信號通過“侵入者”時，“受害者”的反應(yīng)。前向串音的電容特性 前向串音表現(xiàn)為兩種相互關(guān)聯(lián)的特性：容性和感性。這意味著串音信號不會提前傳播，而是和“侵入”信號同速并耦合入更多的能量。脈沖持續(xù)時間等於“侵入”信號的切換時間。幅值和平行線路間的距離成比例：距離越長，串音脈沖就越大。 前向串音的電感特性 當(dāng)“侵入”信號傳播時，它的時變磁場同樣會產(chǎn)生串音：具有電感特性的前向串音。這因為在前進方向，串音的容性部分和感性部分在競爭，在相互抵消。 在許多設(shè)備中，前向串音相當(dāng)小，而後向串音成了主要問題，尤其對於長條形電路板，因為電容耦合增強了。 如果你測到了前向串音，你就可以根據(jù)其極性判別你的走線是容性耦合還是感性耦合。在印刷電路板中，通常是感性耦合更強些。但是這兩者之間也有所不同。因為前向串音和“侵入”信號的傳播方向及速度相同，所以前向串音的持續(xù)時間和“侵入”信號等長。 與前向串音不同，後向串音脈沖的幅值與線路長度無關(guān)，其脈沖持續(xù)期是“侵入”信號延遲時間的兩倍。這樣，後向串音脈沖的整個持續(xù)時間就是“侵入”信號延遲時間的兩倍。 然而，你為什麼要關(guān)心後向脈沖呢？因為驅(qū)動芯片一般是低阻輸出，它反射的串音信號多於吸收的串音信號。因為驅(qū)動芯片的輸出電阻一般低於導(dǎo)線本身，常常引起串音信號的反射。 後向串音信號及其反射之後的串音信號的極性和“侵入”信號相同，其幅值是兩部分之和。你可以觀察到後向串音信號的極性和“侵入”信號相反。那麼，存在簡單的能夠精確衡量噪聲的方法嗎？簡單的回答是“沒有”，因為電磁場效應(yīng)太復(fù)雜了，涉及到一系列方程，電路板的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，芯片的模擬特性等等。當(dāng)串音會影響電路特性時，你該怎麼辦？ 你可以采取以下兩種策略。另一種方法是利用終端，將單線改成多路耦合線。線路長度很多設(shè)計者認(rèn)為縮短線路長度是降低串音的關(guān)鍵。不幸的是，僅改變幾何數(shù)值，是很難降低串音的。再者，如果耦合長度超過驅(qū)動芯片下降或上升時延，耦合長度和前向串音的線性關(guān)系會到達一個飽和值，這時，縮短已經(jīng)很長的耦合線路對減少串音影響甚小。幾乎在所有情況下，分離耦合線路能夠大大降低串音干擾。當(dāng)後向串音占主要地位時，這個效果更加明顯。如果你的布線非常密，你必須花很多精力才能降低布線密度。如果你必須擴大線路或網(wǎng)絡(luò)間的距離，那麼你最好擁有一個便於操作的軟件。所以，一般很少調(diào)整這兩個參量。 這個效果并不很明顯，特別是微帶電路 部分介電質(zhì)已經(jīng)是空氣了。一個變通的辦法是采用較貴的材料，而不是FR4。 一般的，使布線層靠近電源層（Vcc或地），能夠降低串音干擾。分層因素 一些印刷電路板設(shè)計者仍然不注意分層方法，這在高速電路設(shè)計中是個重大失誤。例如，通過減少5mil的介電質(zhì)厚度來降低串音干擾，這是不可以的，雖然在成本和工藝上都能做到。很多時候，前向串音是微帶電路中的主要串音干擾。所以，仿真時你必須注意，是哪種串音干擾占主要地位。因為後向串音到達接收芯片後反射到驅(qū)動芯片，所以驅(qū)動芯片的位置和性能是非常重要的。如果有多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)供選擇，最好通過仿真來確定哪種結(jié)構(gòu)對串音影響最小。一般原則是，選擇切換時間長的驅(qū)動芯片，以減少串音干擾（解決很多其它由於高速引起的問題也如此）。許多時候，你對驅(qū)動芯片技術(shù)無法選擇，你只能改變幾何參量來達到目的?，F(xiàn)在考慮一系列耦合的傳輸線，例如，叁根互相有串音的傳輸線，或一對耦合傳輸線。例如，叁根傳輸線可能有下列的C和L矩陣： 在這些矩陣中，對角線元素是傳輸線自身值，非對角線元素是傳輸線相互間的值。可以用精良的電磁場測試儀來確定這些值。在這個Z0矩陣中，對角線元素表示傳輸線對地線的阻抗值，非對角線元素是傳輸線耦合值。 所需的阻抗不必是Z0中的值，只要組成的阻抗網(wǎng)絡(luò)與Z0匹配就行。 這樣的一個阻抗陣具有良好的性質(zhì)。更重要的是，它可以消除已經(jīng)形成的串音。傳輸線和地之間的阻抗也不能太大以致於不能驅(qū)動芯片。 盡管實現(xiàn)中存在一些困難，阻抗陣列終端仍是對付信號反射和串音的致命武器，特別對於惡劣情況。
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