摘要: 介紹了時鐘分相技術(shù)并討論了時鐘分相技術(shù)在高速數(shù)字電路設(shè)計中的作用。 關(guān)鍵詞: 時鐘分相技術(shù); 應(yīng)用 中圖分類號: TN 79 文獻標識碼:A 文章編號: 025820934 (2000) 0620437203 時鐘是高速數(shù)字電路設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)之一, 系統(tǒng)時鐘的性能好壞, 直接影響了整個電路的 性能。尤其現(xiàn)代電子系統(tǒng)對性能的越來越高的要求, 迫使我們集中更多的注意力在更高頻率、 更高精度的時鐘設(shè)計上面。但隨著系統(tǒng)時鐘頻率的升高。我們的系統(tǒng)設(shè)計將面臨一系列的問 題。 1) 時鐘的快速電平切換將給電路帶來的串擾(Crosstalk) 和其他的噪聲。 2) 高速的時鐘對電路板的設(shè)計提出了更高的要求: 我們應(yīng)引入傳輸線(T ransm ission L ine) 模型, 并在信號的匹配上有更多的考慮。 3) 在系統(tǒng)時鐘高于100MHz 的情況下, 應(yīng)使用高速芯片來達到所需的速度, 如ECL 芯 片, 但這種芯片一般功耗很大, 再加上匹配電阻增加的功耗, 使整個系統(tǒng)所需要的電流增大, 發(fā) 熱量增多, 對系統(tǒng)的穩(wěn)定性和集成度有不利的影響。 4) 高頻時鐘相應(yīng)的電磁輻射(EM I) 比較嚴重。 所以在高速數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計中對高頻時鐘信號的處理應(yīng)格外慎重, 盡量減少電路中高頻信 號的成分, 這里介紹一種很好的解決方法, 即利用時鐘分相技術(shù), 以低頻的時鐘實現(xiàn)高頻的處 理。 1 時鐘分相技術(shù) 我們知道, 時鐘信號的一個周期按相位來分, 可以分為360°。所謂時鐘分相技術(shù), 就是把 時鐘周期的多個相位都加以利用, 以達到更高的時間分辨。在通常的設(shè)計中, 我們只用到時鐘 的上升沿(0 相位) , 如果把時鐘的下降沿(180°相位) 也加以利用, 系統(tǒng)的時間分辨能力就可以 提高一倍(如圖1a 所示)。同理, 將時鐘分為4 個相位(0°、90°、180°和270°) , 系統(tǒng)的時間分辨就 可以提高為原來的4 倍(如圖1b 所示)。 以前也有人嘗試過用專門的延遲線或邏輯門延時來達到時鐘分相的目的。用這種方法產(chǎn)生的相位差不夠準確, 而且引起的時間偏移(Skew ) 和抖動 (J itters) 比較大, 無法實現(xiàn)高精度的時間分辨。 近年來半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展, 使高質(zhì)量的分相功能在一 片芯片內(nèi)實現(xiàn)成為可能, 如AMCC 公司的S4405, CY2 PRESS 公司的CY9901 和CY9911, 都是性能優(yōu)異的時鐘 芯片。這些芯片的出現(xiàn), 大大促進了時鐘分相技術(shù)在實際電 路中的應(yīng)用。我們在這方面作了一些嘗試性的工作: 要獲得 良好的時間性能, 必須確保分相時鐘的Skew 和J itters 都 比較小。因此在我們的設(shè)計中, 通常用一個低頻、高精度的 晶體作為時鐘源, 將這個低頻時鐘通過一個鎖相環(huán)(PLL ) , 獲得一個較高頻率的、比較純凈的時鐘, 對這個時鐘進行分相, 就可獲得高穩(wěn)定、低抖動的分 相時鐘。 這部分電路在實際運用中獲得了很好的效果。下面以應(yīng)用的實例加以說明。2 應(yīng)用實例 2. 1 應(yīng)用在接入網(wǎng)中 在通訊系統(tǒng)中, 由于要減少傳輸 上的硬件開銷, 一般以串行模式傳輸 圖3 時鐘分為4 個相位 數(shù)據(jù), 與其同步的時鐘信號并不傳輸。 但本地接收到數(shù)據(jù)時, 為了準確地獲取 數(shù)據(jù), 必須得到數(shù)據(jù)時鐘, 即要獲取與數(shù) 據(jù)同步的時鐘信號。在接入網(wǎng)中, 數(shù)據(jù)傳 輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)如圖2 所示。 數(shù)據(jù)以68MBös 的速率傳輸, 即每 個bit 占有14. 7ns 的寬度, 在每個數(shù)據(jù) 幀的開頭有一個用于同步檢測的頭部信息。我們要找到與它同步性好的時鐘信號, 一般時間 分辨應(yīng)該達到1ö4 的時鐘周期。即14. 7ö 4≈ 3. 7ns, 這就是說, 系統(tǒng)時鐘頻率應(yīng)在300MHz 以 上, 在這種頻率下, 我們必須使用ECL inp s 芯片(ECL inp s 是ECL 芯片系列中速度最快的, 其 典型門延遲為340p s) , 如前所述, 這樣對整個系統(tǒng)設(shè)計帶來很多的困擾。 我們在這里使用鎖相環(huán)和時鐘分相技術(shù), 將一個16MHz 晶振作為時鐘源, 經(jīng)過鎖相環(huán) 89429 升頻得到68MHz 的時鐘, 再經(jīng)過分相芯片AMCCS4405 分成4 個相位, 如圖3 所示。 我們只要從4 個相位的68MHz 時鐘中選擇出與數(shù)據(jù)同步性最好的一個。選擇的依據(jù)是: 在每個數(shù)據(jù)幀的頭部(HEAD) 都有一個8bit 的KWD (KeyWord) (如圖1 所示) , 我們分別用 這4 個相位的時鐘去鎖存數(shù)據(jù), 如果經(jīng)某個時鐘鎖存后的數(shù)據(jù)在這個指定位置最先檢測出這 個KWD, 就認為下一相位的時鐘與數(shù)據(jù)的同步性最好(相關(guān))。 根據(jù)這個判別原理, 我們設(shè)計了圖4 所示的時鐘分相選擇電路。 在板上通過鎖相環(huán)89429 和分相芯片S4405 獲得我們所要的68MHz 4 相時鐘: 用這4 個 時鐘分別將輸入數(shù)據(jù)進行移位, 將移位的數(shù)據(jù)與KWD 作比較, 若至少有7bit 符合, 則認為檢 出了KWD。將4 路相關(guān)器的結(jié)果經(jīng)過優(yōu)先判選控制邏輯, 即可輸出同步性最好的時鐘。這里, 我們運用AMCC 公司生產(chǎn)的 S4405 芯片, 對68MHz 的時鐘進行了4 分 相, 成功地實現(xiàn)了同步時鐘的獲取, 這部分 電路目前已實際地應(yīng)用在某通訊系統(tǒng)的接 入網(wǎng)中。 2. 2 高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用 高速、高精度的模擬- 數(shù)字變換 (ADC) 一直是高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的關(guān)鍵部 分。高速的ADC 價格昂貴, 而且系統(tǒng)設(shè)計 難度很高。以前就有人考慮使用多個低速 圖5 分相技術(shù)應(yīng)用于采集系統(tǒng) ADC 和時鐘分相, 用以替代高速的ADC, 但由 于時鐘分相電路產(chǎn)生的相位不準確, 時鐘的 J itters 和Skew 比較大(如前述) , 容易產(chǎn)生較 大的孔徑晃動(Aperture J itters) , 無法達到很 好的時間分辨。 現(xiàn)在使用時鐘分相芯片, 我們可以把分相 技術(shù)應(yīng)用在高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中: 以4 分相后 圖6 分相技術(shù)提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集率 的80MHz 采樣時鐘分別作為ADC 的 轉(zhuǎn)換時鐘, 對模擬信號進行采樣, 如圖5 所示。 在每一采集通道中, 輸入信號經(jīng)過 緩沖、調(diào)理, 送入ADC 進行模數(shù)轉(zhuǎn)換, 采集到的數(shù)據(jù)寫入存儲器(M EM )。各個 采集通道采集的是同一信號, 不過采樣 點依次相差90°相位。通過存儲器中的數(shù) 據(jù)重組, 可以使系統(tǒng)時鐘為80MHz 的采 集系統(tǒng)達到320MHz 數(shù)據(jù)采集率(如圖6 所示)。 3 總結(jié) 靈活地運用時鐘分相技術(shù), 可以有效地用低頻時鐘實現(xiàn)相當于高頻時鐘的時間性能, 并 避免了高速數(shù)字電路設(shè)計中一些問題, 降低了系統(tǒng)設(shè)計的難度。
標簽： 時鐘 分相 技術(shù)應(yīng)用
上傳時間： 2013-12-17
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PCB布線的直角走線、差分走線和蛇形線基礎(chǔ)理論
上傳時間： 2013-10-10
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信號完整性是高速數(shù)字系統(tǒng)中要解決的一個首要問題之一，如何在高速PCB 設(shè)計過程中充分考慮信號完整性因素,并采取有效的控制措施,已經(jīng)成為當今系統(tǒng)設(shè)計能否成功的關(guān)鍵。在這方面，差分線對具有很多優(yōu)勢，比如更高的比特率 ,更低的功耗 ,更好的噪聲性能和更穩(wěn)定的可靠性等。目前，差分線對在高速數(shù)字電路設(shè)計中的應(yīng)用越來越廣泛，電路中最關(guān)鍵的信號往往都要采用差分線對設(shè)計。介紹了差分線對在PCB 設(shè)計中的一些要點，并給出具體設(shè)計方案。
上傳時間： 2014-12-24
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誤區(qū)一：認為差分信號不需要地平面作為回流路徑，或者認為差分走線彼此為對方提供回流途徑。造成這種誤區(qū)的原因是被表面現(xiàn)象迷惑，或者對高速信號傳輸?shù)臋C理認識還不夠深入。雖然差分電路對于類似地彈以及其它可能存在于電源和地平面上的噪音信號是不敏感的。地平面的部分回流抵消并不代表差分電路就不以參考平面作為信號返回路徑，其實在信號回流分析上，差分走線和普通的單端走線的機理是一致的，即高頻信號總是沿著電感最小的回路進行回流，最大的區(qū)別在于差分線除了有對地的耦合之外，還存在相互之間的耦合，哪一種耦合強，那一種就成為主要的回流通路。
上傳時間： 2014-12-22
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PCB Layout Rule Rev1.70, 規(guī)範內(nèi)容如附件所示, 其中分為: (1) ”PCB LAYOUT 基本規(guī)範”:為R&D Layout時必須遵守的事項, 否則SMT,DIP,裁板時無法生產(chǎn). (2) “錫偷LAYOUT RULE建議規(guī)範”: 加適合的錫偷可降低短路及錫球. (3) “PCB LAYOUT 建議規(guī)範”:為製造單位為提高量產(chǎn)良率,建議R&D在design階段即加入PCB Layout. (4) ”零件選用建議規(guī)範”: Connector零件在未來應(yīng)用逐漸廣泛, 又是SMT生產(chǎn)時是偏移及置件不良的主因,故製造希望R&D及採購在購買異形零件時能顧慮製造的需求, 提高自動置件的比例.
標簽： LAYOUT PCB 設(shè)計規(guī)范
上傳時間： 2013-10-28
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現(xiàn)代的電子設(shè)計和芯片制造技術(shù)正在飛速發(fā)展，電子產(chǎn)品的復(fù)雜度、時鐘和總線頻率等等都呈快速上升趨勢，但系統(tǒng)的電壓卻不斷在減小，所有的這一切加上產(chǎn)品投放市場的時間要求給設(shè)計師帶來了前所未有的巨大壓力。要想保證產(chǎn)品的一次性成功就必須能預(yù)見設(shè)計中可能出現(xiàn)的各種問題，并及時給出合理的解決方案，對于高速的數(shù)字電路來說，最令人頭大的莫過于如何確保瞬時跳變的數(shù)字信號通過較長的一段傳輸線，還能完整地被接收，并保證良好的電磁兼容性，這就是目前頗受關(guān)注的信號完整性（SI）問題。本章就是圍繞信號完整性的問題，讓大家對高速電路有個基本的認識，并介紹一些相關(guān)的基本概念。 第一章 高速數(shù)字電路概述.....................................................................................51.1 何為高速電路...............................................................................................51.2 高速帶來的問題及設(shè)計流程剖析...............................................................61.3 相關(guān)的一些基本概念...................................................................................8第二章 傳輸線理論...............................................................................................122.1 分布式系統(tǒng)和集總電路.............................................................................122.2 傳輸線的RLCG 模型和電報方程...............................................................132.3 傳輸線的特征阻抗.....................................................................................142.3.1 特性阻抗的本質(zhì).................................................................................142.3.2 特征阻抗相關(guān)計算.............................................................................152.3.3 特性阻抗對信號完整性的影響.........................................................172.4 傳輸線電報方程及推導(dǎo).............................................................................182.5 趨膚效應(yīng)和集束效應(yīng).................................................................................232.6 信號的反射.................................................................................................252.6.1 反射機理和電報方程.........................................................................252.6.2 反射導(dǎo)致信號的失真問題.................................................................302.6.2.1 過沖和下沖.....................................................................................302.6.2.2 振蕩：.............................................................................................312.6.3 反射的抑制和匹配.............................................................................342.6.3.1 串行匹配.........................................................................................352.6.3.1 并行匹配.........................................................................................362.6.3.3 差分線的匹配.................................................................................392.6.3.4 多負載的匹配.................................................................................41第三章 串擾的分析...............................................................................................423.1 串擾的基本概念.........................................................................................423.2 前向串擾和后向串擾.................................................................................433.3 后向串擾的反射.........................................................................................463.4 后向串擾的飽和.........................................................................................463.5 共模和差模電流對串擾的影響.................................................................483.6 連接器的串擾問題.....................................................................................513.7 串擾的具體計算.........................................................................................543.8 避免串擾的措施.........................................................................................57第四章 EMI 抑制....................................................................................................604.1 EMI/EMC 的基本概念..................................................................................604.2 EMI 的產(chǎn)生..................................................................................................614.2.1 電壓瞬變.............................................................................................614.2.2 信號的回流.........................................................................................624.2.3 共模和差摸EMI ..................................................................................634.3 EMI 的控制..................................................................................................654.3.1 屏蔽.....................................................................................................654.3.1.1 電場屏蔽.........................................................................................654.3.1.2 磁場屏蔽.........................................................................................674.3.1.3 電磁場屏蔽.....................................................................................674.3.1.4 電磁屏蔽體和屏蔽效率.................................................................684.3.2 濾波.....................................................................................................714.3.2.1 去耦電容.........................................................................................714.3.2.3 磁性元件.........................................................................................734.3.3 接地.....................................................................................................744.4 PCB 設(shè)計中的EMI.......................................................................................754.4.1 傳輸線RLC 參數(shù)和EMI ........................................................................764.4.2 疊層設(shè)計抑制EMI ..............................................................................774.4.3 電容和接地過孔對回流的作用.........................................................784.4.4 布局和走線規(guī)則.................................................................................79第五章 電源完整性理論基礎(chǔ)...............................................................................825.1 電源噪聲的起因及危害.............................................................................825.2 電源阻抗設(shè)計.............................................................................................855.3 同步開關(guān)噪聲分析.....................................................................................875.3.1 芯片內(nèi)部開關(guān)噪聲.............................................................................885.3.2 芯片外部開關(guān)噪聲.............................................................................895.3.3 等效電感衡量SSN ..............................................................................905.4 旁路電容的特性和應(yīng)用.............................................................................925.4.1 電容的頻率特性.................................................................................935.4.3 電容的介質(zhì)和封裝影響.....................................................................955.4.3 電容并聯(lián)特性及反諧振.....................................................................955.4.4 如何選擇電容.....................................................................................975.4.5 電容的擺放及Layout ........................................................................99第六章 系統(tǒng)時序.................................................................................................1006.1 普通時序系統(tǒng)...........................................................................................1006.1.1 時序參數(shù)的確定...............................................................................1016.1.2 時序約束條件...................................................................................1066.2 源同步時序系統(tǒng).......................................................................................1086.2.1 源同步系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)...................................................................1096.2.2 源同步時序要求...............................................................................110第七章 IBIS 模型................................................................................................1137.1 IBIS 模型的由來...................................................................................... 1137.2 IBIS 與SPICE 的比較.............................................................................. 1137.3 IBIS 模型的構(gòu)成...................................................................................... 1157.4 建立IBIS 模型......................................................................................... 1187.4 使用IBIS 模型......................................................................................... 1197.5 IBIS 相關(guān)工具及鏈接..............................................................................120第八章 高速設(shè)計理論在實際中的運用.............................................................1228.1 疊層設(shè)計方案...........................................................................................1228.2 過孔對信號傳輸?shù)挠绊?..........................................................................1278.3 一般布局規(guī)則...........................................................................................1298.4 接地技術(shù)...................................................................................................1308.5 PCB 走線策略............................................................................................134
標簽： 信號完整性
上傳時間： 2014-05-15
上傳用戶：dudu1210004
當你認為你已經(jīng)掌握了PCB 走線的特征阻抗Z0，緊接著一份數(shù)據(jù)手冊告訴你去設(shè)計一個特定的差分阻抗。令事情變得更困難的是，它說：“……因為兩根走線之間的耦合可以降低有效阻抗，使用50Ω的設(shè)計規(guī)則來得到一個大約80Ω的差分阻抗！”這的確讓人感到困惑！這篇文章向你展示什么是差分阻抗。除此之外，還討論了為什么是這樣，并且向你展示如何正確地計算它。 單線：圖1(a)演示了一個典型的單根走線。其特征阻抗是Z0，其上流經(jīng)的電流為i。沿線任意一點的電壓為V=Z0*i（ 根據(jù)歐姆定律）。一般情況，線對：圖1(b)演示了一對走線。線1 具有特征阻抗Z11，與上文中Z0 一致，電流i1。線2具有類似的定義。當我們將線2 向線1 靠近時，線2 上的電流開始以比例常數(shù)k 耦合到線1 上。類似地，線1 的電流i1 開始以同樣的比例常數(shù)耦合到線2 上。每根走線上任意一點的電壓，還是根據(jù)歐姆定律，
標簽： 差分阻抗
上傳時間： 2013-10-20
上傳用戶：lwwhust
•1-1 傳輸線方程式 •1-2 傳輸線問題的時域分析 •1-3 正弦狀的行進波 •1-4 傳輸線問題的頻域分析 •1-5 駐波和駐波比 •1-6 Smith圖 •1-7 多段傳輸線問題的解法 •1-8 傳輸線的阻抗匹配
上傳時間： 2013-11-21
上傳用戶：laomv123
當今電子系統(tǒng)如高端處理器及記憶體，對電源的需求是趨向更低電壓、更高電流的應(yīng)用。同時、對負載的反應(yīng)速度也要提高。因此功率系統(tǒng)工程師要面對的挑戰(zhàn)，是要設(shè)計出符合系統(tǒng)要求的細小、價廉但高效率的電源系統(tǒng)。而這些要求都不是傳統(tǒng)功率架構(gòu)能夠完全滿足的。Vicor提出的分比功率架構(gòu)(Factorized Power Architecture FPA)以及一系列的整合功率元件，可提供革命性的功率轉(zhuǎn)換方案，應(yīng)付以上提及的各項挑戰(zhàn)。這些功率元件稱為V•I晶片。
上傳時間： 2013-11-15
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關(guān)于參數(shù)的選擇各種意見： 這是CMG大師的論述: R6的取值,R6的值不是任意取的,要考慮兩個因素:1)431參考輸入端的電流,一般此電流為2uA左右,為了避免此端電流影響分壓比和避免噪音的影響,一般取流過電阻R6的電流為參考段電流的100倍以上,所以此電阻要小于2.5V/200uA=12.5K. 2)待機功耗的要求,如有此要求,在滿足《12.5K的情況下盡量取大值.
上傳時間： 2013-10-26
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