高速信号衡量标准的推导

本文《高速信号衡量标准的推导》由电源先生于2017年6月26日撰写，旨在探讨和推导高速信号的衡量标准。文档首先指出，高速信号的判定不仅取决于信号频率和传输路径长度，还涉及到系统对反射噪声的容忍度。作者批判了将信号上升时间的1/6作为衡量高速信号的唯一标准的观点，并提出了三种不同的解释：传输线延时大于信号上升时间的1/6、传输线长度大于传输有效长度的1/6、以及传输线长度大于信号有效波长的1/6时，应视为高速信号，并需要进行信号完整性设计。 文档接着讨论了电信号在空气中的传播速度，以及在不同介质中的传播速度变化。特别指出，电信号在PCB板材FR4中的传输速度是固定的，并且每单位长度的传输延时也是固定的。作者进一步阐述了时钟频率与上升时间的关系，指出上升时间通常为时钟周期的1/10。 在讨论信号反射量时，文档引入了反射系数的概念，并分析了阻抗变化对反射系数的影响。作者通过计算和仿真结果，说明了信号在传输线上的延迟时间与上升时间的关系，以及这如何影响接收端的振铃幅度。文档提出了临界长度/关键长度的概念，即当信号传输延迟时间等于信号上升时间的一半时，对应的传输线长度称为临界长度，这是接收端振铃幅度达到最大值的临界点。 文档还讨论了保证传输线阻抗均匀或稳定的方法，以及反射噪声大小与传输线延时的关系。作者通过公式推导，总结了三种高速电路的衡量标准：基于传输延时和上升时间的衡量标准、基于传输线长度和传输有效长度的衡量标准，以及基于传输线长度和信号有效波长的衡量标准。 最后，文档总结了高速电路设计的重点在于电源完整性、信号完整性和电磁兼容性，以及如何通过各种方法控制系统反射噪声在可容忍范围内。作者强调，随着时钟频率的提高和信号电平的降低，系统对噪声的敏感性增加，电路设计需要从宏观过渡到微观，从集总参数电路过渡到分布参数电路。文档建议，在系统时钟大于50MHz时，应考虑进行PI/SI/EMC设计。