信號完整性不好的原因

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1、線電阻的電壓降的影響——地電平(0電平)直流引起的低電平提高

圖中虛線為提高的情況。提高幅度與IC的功耗大小、IC密度、饋電方式、地線電阻(R) 、饋電的地線總電流有關(guān)。ΔV地= ΔI× ΔR

2、 信號線電阻的電壓降的影響

a) IC輸出管腳經(jīng)過印制導(dǎo)線或電纜到另一IC的輸入腳，

輸出低電平電流在印制導(dǎo)線或電纜電阻上引起一個(gè)低電平的抬高，其值為ΔVOL=IOL×R 。見圖中的上面一條虛線。

顯而易見，低電平的抬高與印制導(dǎo)線電阻值及輸出低電平電流有關(guān)，如下圖所示：

B點(diǎn)的低電平比A點(diǎn)的低電平高

注意:當(dāng)IC輸出腳為低電平時(shí)，如果此器件不是驅(qū)動(dòng)器，而是一般器件，則由于輸出低電平電流太大，遠(yuǎn)大于器件手冊給出的值，輸出三極管將退出飽和區(qū)，進(jìn)入工作區(qū)，

使輸出低電平抬高很多。如下圖中上面一條虛線所示:

決定因素：端接方式

端接電阻大小

輸出管飽和深度

輸出管β值

b) IC輸出管腳經(jīng)過印制導(dǎo)線或電纜到另一個(gè)IC的輸入腳，輸出高電平電流在印制導(dǎo)線或電纜電阻上引起一個(gè)高電平的降低，其值為ΔVOH=IOH× R，見下圖中高電平上的下面虛線：

IOH由下列因素決定：端接方式、端接電平、端接電阻大小

R由下列因素決定：線寬、線厚、線長

顯而易見，高電平的降低與印制導(dǎo)線或電纜電阻值及輸出高電平電流有關(guān)，如下圖所示：

B點(diǎn)的高電平比A點(diǎn)的高電平要低

注意: IC輸出腳為高電平時(shí)，如果此器件不是驅(qū)動(dòng)器，而是一般器件，則由于輸出高電平電流太大，遠(yuǎn)大于器件手冊給出的值時(shí)，輸出管也會(huì)退出飽和區(qū)，進(jìn)入工作區(qū)，使輸出高電平降低很多。如下圖中下面一條虛線所示：

3、電源線電阻的電壓降的影響

IC的電源電壓(如+3.3V)，如果系統(tǒng)中存在差值，當(dāng)小于+3.3V時(shí)，輸出高電平將產(chǎn)生一個(gè)下降值，如上圖中高電平上的虛線所示:

由于系統(tǒng)電源有集中電源和分散的電源模塊之分，此差值不同，由于IC功耗的大小、IC密度、饋電方式、電源線的饋電電阻值以及電源電流值，引起一個(gè)ΔVCC (ΔVCC =ΔI×ΔR)

以上原因，使TTL信號波形變得離理想波形很遠(yuǎn)了。低電平大為提高了，高電平也大為降低了。對這些值若不嚴(yán)加控制，對系統(tǒng)工作的穩(wěn)定可靠工作是不利的。此外，結(jié)溫差，即不同功耗的器件的P-N結(jié)的溫度不同，還會(huì)影響高低電平及門檻電平的變化也會(huì)影響系統(tǒng)工作。

除上面所說的直流成分之外，更為重要的是系統(tǒng)是以極高頻率在工作，也就是說，系統(tǒng)內(nèi)的器件、導(dǎo)線有各種頻率的，各種轉(zhuǎn)換速率的信號在動(dòng)作、傳遞。首先是相互之間的信號電磁藕合(串?dāng)_) 和信號在不同特性阻抗傳輸路徑上的反射，以及電源，地電平由于IC高頻轉(zhuǎn)換引起電流尖峰電平，使TTL信號波形變得更壞。

4、轉(zhuǎn)換噪聲

由于系統(tǒng)工作時(shí)，器件以高頻轉(zhuǎn)換，造成供電系統(tǒng)上有高頻率變化的電流尖峰，而供電的電源線路和地線路都可看成是很小的電阻、電感、電容元件。電流尖峰值太大，在它們上面會(huì)產(chǎn)生較大的交流尖峰電壓，其電源上的尖峰電壓基本上會(huì)串?dāng)_到高電平上，而地電平上的尖峰電壓會(huì)串?dāng)_到低電平上，如下圖所示：IC內(nèi)部同樣存在這種尖峰電壓。

5、串?dāng)_噪聲

由于系統(tǒng)組裝越來越密，印制導(dǎo)線之間的距離越來越近，鄰近導(dǎo)線上有高速轉(zhuǎn)換的電平信號。如正跳變信號跳變的時(shí)間tr和負(fù)跳變的時(shí)間tf都很小，使得導(dǎo)線上已有信號上疊加一個(gè)較大的電磁藕合信號(串?dāng)_信號)。如下圖中較大的尖峰信號。這些信號還包括插頭座上的信號針之間的串?dāng)_信號以及電纜中信號之間的串?dāng)_。

決定因素：tr與tf值、線寬、線間距、（基材）介質(zhì)的厚度、介質(zhì)的介電常數(shù)、平行線長、重疊線長、插頭座信號針地針比、電纜信號線地線比。

6、 反射噪聲

如果IC之間的互連線比較長(復(fù)雜系統(tǒng)往往是這樣) ，線的特性阻抗又不均勻，或者終端沒有匹配，會(huì)引起反射，如果始端也不匹配，則會(huì)來回反射而造成振鈴。如下圖所示：

決定因素：特性阻抗、匹配方式、失配大小

終端反射系數(shù)、始端反射系數(shù)、線長

7、邊沿畸變

如果信號頻率升高到一定程度，也就是器件工作頻率達(dá)到一定的高度極限，而且印制導(dǎo)線又較長或者負(fù)載電容較大時(shí)，tr ≥tw上升時(shí)間等于或大于脈沖寬度，信號畸變到?jīng)]有高低電平平頂或者遠(yuǎn)離平頂。如下圖所示(實(shí)線)：

舉例“仿真或示波器實(shí)測”均可驗(yàn)證。

決定因素：線寬、線長、基材介質(zhì)厚度、介質(zhì)介電常數(shù)、負(fù)載數(shù)、工作頻率(脈寬)、tr數(shù)字信號的變化。討論了上面七條，可見其畸變不容忽視。如果任其自流，不嚴(yán)加限制，造出來的系統(tǒng)不可能穩(wěn)定、可靠的工作。

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