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單片機硬件參數設計解析

作者: 時(shí)間:2011-05-22 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò ) 收藏

信號質(zhì)量表現為幾個(gè)方面。對于大家熟知的頻率、周期、占空比、過(guò)沖、振鈴、上升時(shí)間、下降時(shí)間等,在此就不作詳細介紹了。下面主要介紹幾個(gè)重要概念。
①高電平時(shí)間(high time),指在一個(gè)正脈沖中高于Vih_min部分的時(shí)間。
②低電平時(shí)間(low time),指在一個(gè)負脈沖中低于Vil_max部分的時(shí)間,如圖3所示。
③建立時(shí)間(setup time),指一個(gè)輸入信號(input signal)在參考信號(reference signal)到達指定的轉換前必須保持穩定的最短時(shí)間。
④保持時(shí)間(hold time),是數據在參考引腳經(jīng)過(guò)指定的轉換后,必須穩定的最短時(shí)間,如圖4所示。
⑤建立時(shí)間裕量(setup argin),指所系統的建立時(shí)間與接收端芯片所要求的最小建立時(shí)間的差值。
⑥保持時(shí)間裕量(hold argin),指所系統的保持時(shí)間與接收端芯片所要求的最小保持時(shí)間之間的差值。
⑦時(shí)鐘偏移(clock skew),指不同的接收設備接收到同一時(shí)鐘驅動(dòng)輸出之間的時(shí)間差。
⑧Tco(time clock to output,時(shí)鐘延遲),是一個(gè)定義包括一切設備延遲的,即Tco=內部邏輯延遲 (internal logic delay) + 緩沖器延遲(buffer delay)。
⑨最大經(jīng)歷時(shí)間(Tflightmax),即final switch delay,指在上升沿,到達高閾值電壓的時(shí)間,并保持高電平之上,減去驅動(dòng)所需的緩沖延遲。
⑩最小經(jīng)歷時(shí)間(Tflightmin),即first settle delay,指在上升沿,到達低閾值電壓的時(shí)間,減去驅動(dòng)所需的緩沖延遲。
時(shí)鐘抖動(dòng)(clock jitter),是由每個(gè)時(shí)鐘周期之間不穩定性抖動(dòng)而引起的。一般由于PLL在時(shí)鐘驅動(dòng)時(shí)的不穩定性引起,同時(shí),時(shí)鐘抖動(dòng)引起了有效時(shí)鐘周期的減小。
串擾(crosstalk)。鄰近的兩根信號線(xiàn),當其中的一根信號線(xiàn)上的電流變化時(shí)(稱(chēng)為aggressor,攻擊者),由于感應電流的影響,另外一根信號線(xiàn)上的電流也將引起變化(稱(chēng)為victim,受害者)。
SI是個(gè)系統問(wèn)題,必須用系統觀(guān)點(diǎn)來(lái)看。以下是將問(wèn)題的分解。
◆ 傳輸線(xiàn)效應分析:阻抗、損耗、回流……
◆ 反射分析:過(guò)沖、振鈴……
◆ 時(shí)序分析:延時(shí)、抖動(dòng)、SKEW……
◆ 串擾分析
◆ 噪聲分析:SSN、地彈、電源下陷……
◆ PI:確定如何選擇電容、電容如何放置、PCB合適疊層方式……
◆ PCB、器件的寄生影響分析
◆ 端接技術(shù)等
3 電源完整性PI
PI的提出,源于當不考慮電源的影響下基于布線(xiàn)和器件模型而進(jìn)行SI分析時(shí)所帶來(lái)的巨大誤差,相關(guān)概念如下。
◆ 電子噪聲,指電子線(xiàn)路中某些元器件產(chǎn)生的隨機起伏的電信號。
◆ 地彈噪聲。當PCB板上的眾多數字信號同步進(jìn)行切換時(shí)(如CPU的數據總線(xiàn)、地址總線(xiàn)等),由于電源線(xiàn)和地線(xiàn)上存在阻抗,會(huì )產(chǎn)生同步切換噪聲,在地線(xiàn)上還會(huì )出現地平面反彈噪聲(簡(jiǎn)稱(chēng)地彈)。SSN和地彈的強度也取決于集成電路的I/O特性、PCB板電源層和地平面層的阻抗以及高速器件在PCB板上的布局和布線(xiàn)方式。負載電容的增大、負載電阻的減小、地電感的增大、同時(shí)開(kāi)關(guān)器件數目的增加均會(huì )導致地彈的增大。
◆ 回流噪聲。只有構成回路才有電流的流動(dòng),整個(gè)電路才能工作。這樣,每條信號線(xiàn)上的電流勢必要找一個(gè)路徑,以從末端回到源端。一般會(huì )選擇與之相近的平面。由于地電平面(包括電源和地)分割,例如地層被分割為數字地、模擬地、屏蔽地等,當數字信號走到模擬地線(xiàn)區域時(shí),就會(huì )產(chǎn)生地平面回流噪聲。
◆ 斷點(diǎn),是信號線(xiàn)上阻抗突然改變的點(diǎn)。如用過(guò)孔(via)將信號輸送到板子的另一側,板間的垂直金屬部分是不可控阻抗,這樣的部分越多,線(xiàn)上不可控阻抗的總量就越大。這會(huì )增大反射。還有,從水平方向變?yōu)榇怪狈较虻?0°的拐點(diǎn)是一個(gè)斷點(diǎn),會(huì )產(chǎn)生反射。如果這樣的過(guò)孔不能避免,那么盡量減少它的出現。
在一定程度上,我們只能減弱因電源不完整帶來(lái)的系列不良結果,一般會(huì )從降低信號線(xiàn)的串繞、加去耦電容、盡量提供完整的接地層等措施著(zhù)手。
4 EMC
EMC包括電磁干擾和電磁抗干擾兩個(gè)部分。
一般數字電路EMS能力較強,但是EMI較大。電磁兼容技術(shù)的控制干擾,在策略上采用了主動(dòng)預防、整體規劃和“對抗”與“疏導”相結合的方針。
主要的EMC設計規則有:
① 20H規則。PowerPlane(電源平面)板邊緣小于其與GroundPlane(地平面)間距的20倍。
② 接地面處理。接地平面具有電磁學(xué)上映象平面(ImagePlane) 的作用。若信號線(xiàn)平行相鄰于接地面,可產(chǎn)生映像電流抵消信號電流所造成的輻射場(chǎng)。PCB上的信號線(xiàn)會(huì )與相鄰的接地平面形成微波工程中常見(jiàn)的Micro-strip Line(微帶線(xiàn))或Strip Line(帶狀線(xiàn))結構,電磁場(chǎng)會(huì )集中在PCB的介質(zhì)層中,減低電磁輻射。
因為,Strip Line的EMI性能要比Micro-strip Line的性能好。所以,一些輻射較大的走線(xiàn),如時(shí)鐘線(xiàn)等,最好走成Strip Line結構。


關(guān)鍵詞: 解析 設計 參數 硬件 單片機

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