免费：高速数字电路设计及EMC设计.DOC

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1. 高速数字电路设计.................................................................................................................. 5
1.1何谓高速数字信号？.................................................................................................... 5
1.2微带线、带状线的概念................................................................................................. 5
1.2.1微带线（Microstrip）.......................................................................................... 5
1.2.2带状线（Stripline）............................................................................................. 6
1.2.3经验数据............................................................................................................ 6
1.2.4同轴线（coaxial cable）...................................................................................... 6
1.2.5双绞线（twisted-pair cable）............................................................................... 7
1.2.6等间隔的电容负载的影响................................................................................... 7
1.3 常见高速电路.............................................................................................................. 8
1.3.1 ECL（Emitter Coupled Logic）电路...................................................................... 8
1.3.2 CML（Current Mode Logic）电路........................................................................ 9
1.3.3 GTL（Gunning Transceiver Logic）电路............................................................ 10
1.3.4 BTL（Backplane Transceiver Logic）电路........................................................... 10
1.3.5 TTL（Transistor Transistor Logic）电路............................................................. 11
1.3.6 模数转换电路—线接收器................................................................................. 12
1.4 常见电路匹配措施..................................................................................................... 12
1.4.1反射................................................................................................................. 12
1.4.2终端匹配.......................................................................................................... 13
1.4.3始端匹配.......................................................................................................... 15
1.5 高速电路设计一般原则和调试方法............................................................................ 16
1.5.1同步逻辑设计................................................................................................... 16
1.5.2了解选用器件的输入、输出结构，选用恰当的匹配电路；在考虑节省功耗，电路 又能容许的情况下，可适当地引入失配。........................................................................................................... 19
1.5.3对极高速率（300MHz以上）的信号，一般建议选用互补逻辑，以降低对电源的要求。 19
1.5.4了解每一根高速信号电流的流向（电流环）...................................................... 19
1.5.5信号的布线、电源和地层的分割，是否符合微带线、带状线的要求？高速信号要有回路地相配（不是屏蔽地）................................................................................................................................ 19
1.5.6电源滤波.......................................................................................................... 19
1.5.7对很高速度的信号要估算其走线延迟。............................................................. 19
1.5.8在满足速度要求的前提下，尽量选用工作速率低的器件。 19
1.5.9差分线尽量靠近走线......................................................................................... 19
1.5.10测试方法：选择有50Ω输入的高速示波器，一般自制一个探头，测量点应尽量靠近所观察的位置或者需要该信号的实际位置。一般不建议测输出端的信号波形，与实际使用的位置有一定差别。 19
1.5.11 ringing, crosstalk, radiated noise —— 数字系统的三种噪声 19
1.5.12数字信号的绝大部分能量（功率谱密度）集中在fknee之内 19
1.5.13 延时：FR4PCB，outer trace: 140180 ps/inch inner trace: 180 ps/inch 20
1.5.14 集总参数与分布参数系统............................................................................... 20
1.5.15 互感、耦合电容的作用（干扰）.................................................................... 20
1.5.16 ECL电路的上升时间、下降时间的计算........................................................... 20
1.5.17 在数字系统中，耦合电容引起的串扰比起互感引起的串扰要小。 21
1.5.18 传输通道包括器件封装、PCB布局、连接器，至少在fknee的范围内要有平坦的频响，以保证信号不失真，否则信号在收端可能会遇到上升时间劣化、过冲、振铃、lump等现象。................... 21
1.5.19 阻容负载对电流变化的作用........................................................................... 21
1.5.20 噪声容限（noise immunity）：以10H189器件为例........................................... 22
1.5.21 地反弹（groundbounce）............................................................................ 23
1.5.22 寄生电容Stray Capacitance的影响：对于高输入阻抗电路影响尤为严重 23
1.5.23 示波器探针的电气模型.................................................................................. 24
1.5.24 21:1探针：..................................................................................................... 25
1.5.25 趋肤效应（skin effect）：在高频时导线表面附近的电流密度加大，而中心部分的电流密度减小。趋肤效应使得导线对高频信号的衰减增大。趋肤效应的频率与导体的材料有关。....................... 25
1.5.26 对低频信号，电流流经电阻最小的路径；对高频信号，回流路径的电感远比其电阻重要，高频电流流经电感最小的路径，而非电阻最小的路径。最小电感回流路径正好在信号导线的下面，以减小流出和流入电流通路间的环路面积。........................................................................................................... 25
1.5.27 负载电容对上升时间的影响........................................................................... 26
1.5.28 直流匹配和交流匹配的功耗比较.................................................................... 27
1.5.29 电源系统设计原则......................................................................................... 27
1.5.30 TTL和ECL的混合系统要注意........................................................................ 27
1.5.31 电源线上的电磁辐射防护............................................................................... 28
1.5.32 旁路电容的选取和安装：............................................................................... 28
1.5.33 连接器对高速系统的影响............................................................................... 28
1.5.34 总线：........................................................................................................... 31
2、电磁兼容性（Electromagnetic Compatibility）....................................................................... 32
2.1 关于电磁兼容性的基本原理....................................................................................... 32
2.1.1下面的电路布局有什么问题？........................................................................... 32
2.1.2 走线可穿过回流平面的缝隙吗？No！.............................................................. 33
2.1.3走线的电感和电容............................................................................................ 33
2.1.4接地的作用：................................................................................................... 34
2.1.5 信号参考点应在何处接至基底(chassis)............................................................. 35
2.1.6周期信号......................................................................................................... 36
2.1.7 EMC三要素..................................................................................................... 36
2.1.8共模和差模....................................................................................................... 38
2.1.9 减小噪声的措施............................................................................................... 39
2.2 信号完整性――减小串扰和信号畸变......................................................................... 39
2.2.1......................................................................................................................... 39
2.2.2 屏蔽................................................................................................................ 40
2.2.3 信号畸变......................................................................................................... 41
2.3 通过滤波减小直流电源噪声....................................................................................... 41
2.3.1......................................................................................................................... 42
2.3.2 If DC power planes can’t be used, then lumped decoupling capacitors must be sized and placed correctly. 42
2.3.3 多层PCB、表贴电容，串联电感在何处？........................................................ 43
2.3.4 How to distribute DC power from a single supply to both analog and digital circuits?43
2.4 元件放置与信号层分配.............................................................................................. 44
2.5 Reducing conducted & radiated emission & susceptibility................................................. 46
2.6 电路板EMC准则总结................................................................................................ 48
2.6.1 Component Placement........................................................................................ 48
2.6.2 DC Power Distribution....................................................................................... 48
2.6.3 Routing of Signal Output and Return Paths........................................................... 49
2.6.4 Signal Integrity – Reducing Crosstalk and Distortion.............................................. 49
2.6.5 High Frequency Transmission Lines..................................................................... 50
2.6.6 Reducing Conducted and Radiated Emissions........................................................ 50-----------------------------------------
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