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发表于:2008-2-29 14:26:06
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什么叫天线?什么叫增益?什么叫地网?(有示意图)

 

天线是一种能量转换器,它的作用是将发信机输出的高频震荡信号转换为电磁波向空中辐射,另一方面,把从空中接受到的电磁波转变成高频震荡信号传输给收信机。

  天线的家族非常庞大,有很多天线是我们在生活中根本遇不到的,所以不用深究。但是作为业余无线电爱好者,我们还是应该了解一下我们身边常用的天线,在这篇文章中我们主要谈谈 GP 天线。

  GP 天线的

垂直天线辐射模型

有些时候,我们会听到关于天线的增益与方向性,下面的图就展示了当两段振子叠加后所产生的变化。可以看到:当两段振子叠加后,波瓣形状变得扁了一些,辐射的能量更集中于水平方向,这就形成了在水平方向上的增益,提高了天线的“效率”,现在市售的玻璃钢基地天线大多采用这种结构,也有很多朋友根据这个道理自制高增益天线。当然,要使天线产生增益并非只有这一种方法,在这里就不过多讨论了。

  
天线增益

了解了天线的辐射,我们再来看看 GP 天线的情况。

  GP 天线一般由同轴电缆馈电,内导体接振子,外导体接于“接地面”。“接地面”就是我们常说的“地网”。下图是典型的 GP 天线在接地面为无穷大时的辐射情况,电波基本沿水平方向辐射,这是理想的状态。

  
理想辐射状态

然而,在制造天线时,我们不可能把接地面做到无穷大,必须缩小到我们可以承受的范围,但是那样又造成了辐射方向的改变。下图就是当接地面的直径缩短到 4 倍波长时的情形:辐射的最大方向离开了接地面,向上倾斜。

  
辐射仰角

  下图:当接地面进一步缩小时,电波辐射的仰角可达 30 度左右。

  
辐射仰角1

为了使电波按照人们预想的方式进行辐射,人们想出了很多办法,来避免上面提到的情况。下图就是一个例子:将接地面的形状改为锥形,辐射方向得到了控制。

  
锥形天线


  不过这样做仍然比较麻烦,而且成本比较高,于是人们又想出了以下办法:用几根金属导体来代替实体的接地面,形成“地网”。下图中,绿色的倾斜物体就代表地网,最下面的橙色短柱支撑了天线振子。我们可以看到,这与市售的玻璃钢基地天线非常类似。

  
地网辐射模型

下图所示的就是我们最常见到的车载鞭状天线的模型。在用吸盘吸附于车顶后,虽然辐射方向仍有上仰,但是由于车体的金属板充当了“接地面”,辐射方向已经得到了很好的控制。

  
常用车载天线辐射模型


  在使用时,有的朋友用卡边将天线固定在车上,但是这时由于电场分布不均匀,会降低天线的效率。所以我认为:天线最好用吸盘吸附在车顶中央,这样有利于电场的平均分布,从而使得天线发挥出最大的效能。

  GP 天线除了上面说的玻璃钢基地天线和车载鞭状天线外,还有其他不同的形式。

  如:用半径为 1/4 波长的圆盘代替 1/4 波长的垂直振子,下面配合圆锥形接地面组成为盘锥天线(Kandoian),盘锥天线在相当大的频宽内,最大辐射方向总是沿水平方向的。

  又如:1938 年,George H. Brown 与 Jess Epstein & Robert Lewis 用四根 1/4 波长的导体代替实体接地面,形成类似于玻璃钢基地天线的形式。在这种形式的基础上,作为改进,在天线的馈电端并联一段 1/4 波长的短路同轴电缆,它不仅拓宽了阻抗频带,而且在发生雷电冲击波时保护传输线。

  另外,通常用于手持移动通讯设备的可伸缩鞭状天线(俗称拉杆天线)也是 GP 天线的一种,这中天线的好处是振子长度随时可变,可以工作在不同波段内。

  现在,越来越多的朋友加入 HAM 这个行列,领取了电台执照,并准备通过交验通联卡片升为三级。这时候,问题也来了:通联卡片上有“天线”(ANT)一栏,不知道怎么填写。其实关于这个问题我已经和很多朋友在频率上交流过,在这里再说明一下:玻璃钢基地天线、车载鞭状天线、手持移动通讯设备的鞭状天线这些最常见的天线都属于 GP 天线,如果您用的是这类天线,只要在“天线”一栏填上“GP”就可以,如果您用的是“八木-宇田”天线,就填写“YAGI”,如果您想告诉对方您使用的是 14 单元的“八木-宇田”天线,那么“14 ELE YAGI”才是正确的表示方法。

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发表于:2008-2-29 11:41:20
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天线的基本知识之二

1,VSWR(電壓駐波比)与回损的关系

1)天线工作原理及作用是什么?  

答:天线作为无线通信不可缺少的一部分,其基本功能是辐射和接收无线电波。发射时,把高频电流转换为电磁波;接收时,把电滋波转换为高频电流。 

2)天线有多少种类?  

答:天线品种繁多,主要有下列几种分类方式:  按用途可分为基地台天线(base station antenna)和移动台天线(mobile portable antennas)  按工作频段可划分为超长波、长波、中波、短波、超短波和微波;  按其方向可划分为全向和定向天线;  

3)如何选择天线? 

 答:天线作为通信系统的重要组成部分,其性能的好坏直接影响通信系统的指标,用户在选择天线时必须首先注重其性能。具体说有两个方面,第一选择天线类型;第二选择天线的电气性能。选择天线类型的意义是:所选天线的方向图是否符合系统设计中电波覆盖的要求;选择天线电气性能的要求是:选择天线的频率带宽、增益、额定功率等电气指标是否符合系统设计要求。因此,用户在选择天线时最好向厂家联系咨询。  

4)什么是天线的增益?  

答:增益是天线的主要指标之一,它是方向系数与效率的乘积,是天线辐射或接收电波大小的表现。增益大小的选择取决于系统设计对电波覆盖区域的要求,简单地说,在同等条件下,增益越高,电波传播的距离越远,一般基地台天线采用高增益天线,移动台天线采用低增益天线。  

5)什么是电压驻波比?  

答:天线输入阻抗和馈线的特性阻抗不一致时,产生的反射波和入射波在馈线上叠加形成的磁波,其相邻电压的最大值和最小值之比是电压驻波比,它是检验馈线传输效率的依据,电压驻波比小于1.5,在工作频点的电压驻波比小于1.2,电压驻波比过大,将缩短通信距离,而且反射功率将返回发射机功放部分,容易烧坏功放管,影响通信系统正常工作。  电压驻波比 1.0 1.1 1.2 1.5 2.0 3.0   反射功率% 0 0.2 0.8 4.0 11.1 25.0   传输功率% 100 99.8 99.2 96 88.9 75.0   

6)什么是天线的方向性? 

 答:天线对空间不同方向具有不同的辐射或接收能力,这就是天线的方向性。衡量天线方向性通常使用方向图,在水平面上,辐射与接收无最大方向的天线称为全向天线,有一个或多个最大方向的天线称为定向天线。全向天线由于其无方向性,所以多用在点对多点通信的中心台。定向天线由于具有最大辐射或接收方向,因此能量集中,增益相对全向天线要高,适合于远距离点对点通信,同时由于具有方向性,抗干扰能力比较强。  

7)如何理解天线的工作频带宽度? 

 答:天线的电参数一般都于工作频率有关,保证电参数指标容许的频率变化范围,即是天线的工作频带宽度。一般全向天线的工作带宽能达到工作频率范围的3-5%,定向天线的工作带宽能达到工作频率的5-10%。 

 (8)如何选取电缆及电缆长度?  

答:移动通信系统常使用特性阻抗为50欧的同轴电缆作为馈线。为了有效地把电波传输到天线接口,应尽量减小馈线的传输损耗。传输损耗取决于电缆的直径和长度,同一频率下电缆直径越大,损耗越小,电缆越长损耗越大,原则上,要求电缆的传输损耗不宜超过3分贝。下表列出常用电缆的衰减值(db/m),用户可根据自已情况,合理选择电缆型号及长度。  频率型号 150MHz 400MHz 900MHz   SYV-50-7 0.121 0.203 0.295   CTC-50-7 0.060 0.100 0.165   CTC-50-9 0.050 0.085 0.135   CTC-50-12 0.040 0.060 0.105   进口10D-FB 0.040 0.070 0.110   

9)如何选择天线安装地点?  

答:由于地形和环境的影响,天线接收到的电磁波是直射波、反射波及散射波的叠加,其结果决定了接收点处的场强幅度和相位,并直接影响天线的应用效果。因此,选择天线架设位置应注意以下几个方面:  1 天线的发射或接收方向应避开障碍物(楼房、铁塔、桥梁等);  2 天线架设地点应尽量远离干扰源(高压线、航线、铁塔、公路等);  3 天线应尽量架设在附近的制高点:  4 如有几付天线同在一个铁塔上工作,应特别注意它们之间的左右和上下的间距,以防相互耦合影响系统性能。  

10)天馈系统应如何安装?  

答:首先将天线、馈线和配套零部件按产品说明的要求组装好,然后在天线的支撑位置,用卡具固定于塔杆的天线支架上,并使天线与塔杆的平行间距大于使用波长,减少塔杆对天线性能的影响。在天线端口处,将馈电线用连接器(或称电缆头)与天线接好,弯一个直径约五十倍于馈电线直径的圆环固定于天线支架上,避免连接器部位直接受力而断线或损坏。  (11)天馈系统如何防水?  答:天线与馈电线主要是靠连接器连接,采用自粘性橡胶密封带,将其拉伸后,以半搭形式缠绕在接连器上,可起到良好的密封防水作用。另外,在馈电线进入室内处弯一个返水弯,可避免雨水沿馈电线进入室内设备。  (12)如何检测天馈系统?  答:天馈系统架设好后,应由专业技术人员使用专用检测仪器进行检测。通常可在发射机和天馈系统之间串接通过式功率计,检验设备发射机功率和反射功率的大小来判断系统工作是否正常。

2,OIP3,IIP3,IM3,P1db的关系

PinInput power

PoutOutput power

IM33rd order intermodulation product

IIP3Input 3rd order intercept point

OIP3Output 3rd order intercept point

各指标之间的数学关系如下。

Pout (dBm) = Pin (dBm) + G (dB)                   1

OIP3 (dBm) = IIP3 (dBm) + G (dB)                2

OIP3 (dBm) = Pout (dBm) +A/2 (dBc)              3

IIP3 (dBm) = Pin (dBm) +A/2 (dBc)                4

IM3 (dBm) = 3Pin (dBm) – 2IIP3 (dBm) + G (dB)

= 3Pout (dBm) – 2IIP3 (dBm) –2G (dB)

= 3Pout (dBm) – 2OIP3 (dBm)          5

3,噪声与接收灵敏度的关系                                      认为:手机的辐射灵敏度和天线是有关的,是有手机传导灵敏度\\天线性能\\手机辐射躁声共同决定的.首先,如果传导灵敏度不好,那辐射灵敏度肯定不好,这没有什么可争辩的.其次,如果天线效率和方向不好,照样辐射灵敏度会低.最后,如果传导灵敏度\\天线效率和方向图都不错,但是PCB在工作频段的噪声辐射太高,辐射灵敏度也会变差(这个时候往往天线的效率越高,辐射灵敏度越差,因为接受到的噪声会很高). 哪位大虾觉得有问题,我们探讨探讨...

4,终端负载为0,25,50,无穷大时的现象

终端我载是一种单口元件。常用的终端负载有两类,一类是匹配负载,一类是可变短路器。这些终端装置广泛地用于实验室,以测量微波元件的阻抗和散射参量。匹配负载是用来全部吸收入射波功率,保证传输系统的终端不产生反射的终端装置,它相当于终接特性阻抗的线。可变短路器是一种可调整的电抗性负载,是用来把入射波功率全部反射的终端装置。反射波的相位随短路器位置的变化而变化,因而,改变短路器的位置,相当于改变终端负载的电抗。

波导型匹配负载是嵌入波导中的有耗材料做成的一块渐变的尖劈或片,如图6-2-1所示。渐变片可以是1片也可以用多片。因为材料是有耗的,所以入射波功率被它吸收了。同时由于波是逐渐地进入有耗材料做成的尖劈中而避免了反射,因此,这种终端负载可以认为是一段有损耗的渐变传输线。实践表明,劈尖做得愈长,匹配性能愈好。一般劈长取为2~3波导波长。吸收体的形状和长度一般是由实验确定的。我们曾用国产材料(WXF-5型)做过实验,制成的终端匹配负载的性能优良,驻波系数可达到1.01以下。

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发表于:2008-2-29 11:35:07
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天线的特性

共振©『 中国业余无线电 』 -- 『 中国业余无线电 』  FJ>U
任何天线都谐振在一定的频率上,我们要接收哪个频率的信号,就希望天线谐振在那个频率上。天线谐振是对天线最基本的要求,要不然,就没那么多讲究了,随便扔根线出去不也是天线嘛。 7i0O,{a
©『 中国业余无线电 』 -- 『 中国业余无线电 』  F8Yvi;yLu
天线的谐振问题涉及到的主要数据是波长及其四分之一。计算波长的公式很简单,300/f。其中f的单位是MHz,而得到的结果的单位是米。1/4波长是称作基本振子,如偶极天线是一对基本振子,垂直天线是一根基本振子。 \?-nk|fy[0
©『 中国业余无线电 』 -- 『 中国业余无线电 』  X SS|6ho
不过天线中的振子的长度并不正好是1/4波长,因为电波在导线中行进的速度与在真空中的不同,一般都要短一些,所以有一个缩短因子。这个因子取决于材料。 o 'n q?
©『 中国业余无线电 』 -- 『 中国业余无线电 』  Kv,H
带宽©『 中国业余无线电 』 -- 『 中国业余无线电 』  t>c)UES{e"
这也是一个重要但容易被忽略的问题。天线是有一定带宽的,这意味着虽然谐振频率是一个频率点,但是在这个频率点附近一定范围内,这付天线的性能都是差不多好的。这个范围就是带宽。 LJ/'
©『 中国业余无线电 』 -- 『 中国业余无线电 』  .UV+4mP>
我们当然希望一付天线的带宽能覆盖一定的范围,最好是我们所收听的整个FM广播波段。要不然换个台还要换天线或者调天线也太麻烦了。 9B`R&\Wvr
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天线的带宽和天线的型式、结构、材料都有关系。一般来说,振子所用管、线越粗,带宽越宽;天线增益越高,带宽越窄。 <Y1}8mnw:8z
©『 中国业余无线电 』 -- 『 中国业余无线电 』  \%*_&W@\
阻抗©『 中国业余无线电 』 -- 『 中国业余无线电 』  wTrH,s
天线可以看做是一个谐振回路。一个谐振回路当然有其阻抗。我们对阻抗的要求就是匹配:和天线相连的电路必须有与天线一样的阻抗。和天线相连的是馈线,馈线的阻抗是确定的,所以我们希望天线的阻抗和馈线一样。一般生产的馈线,主要是300欧姆、75欧姆和50欧姆三种阻抗,国外过去还有450欧姆和600欧姆阻抗的馈线。 $-""K9
©『 中国业余无线电 』 -- 『 中国业余无线电 』  U+XK!X~XZ
基本偶极天线的阻抗是75欧姆左右,V型偶极天线是50欧姆左右,基本垂直天线阻抗 50欧姆。其他天线一般阻抗都不是50或75欧姆,那么在把它们与馈线连接之前,需要有一定的手段来做阻抗变换。 ^qAH
©『 中国业余无线电 』 -- 『 中国业余无线电 』  H@Pm*x)_t~)A
平衡©『 中国业余无线电 』 -- 『 中国业余无线电 』  Ct&oI}
对称的天线是平衡的,如偶极天线、八木天线,而同轴电缆是不平衡的,把这两者连接起来,就需要解决平衡不平衡转换的问题。 CP9`pJ
增益©『 中国业余无线电 』 -- 『 中国业余无线电 』  (J(9eq3z
天线是无源器件,但是天线是可以有增益的。这个增益当然是相对增益,是相对于基本偶极天线而言的。FM DX所用的天线,当然希望增益越高越好。不过别忘了,增益高往往伴随着带宽窄。 QkPT6&5D`0G
©『 中国业余无线电 』 -- 『 中国业余无线电 』  }>u=!HG+
方向性s=29Bw
不是所有的天线都有方向性的。便携式收音机上的拉杆天线就没有方向性。偶极天线有弱的方向性,八木等定向天线可以得到较好的方向性。好的方向性意外着能够集中收集所需方向的电波,还有一个重要的能力就是能部分地减弱本地电台信号的影响。 e=Ta
但是定向天线并不是什么情况下都好。当没有目标而等待的时候,定向天线就有可能使你错过天线背面的信号。所以比较合理的方式,是用一个垂直天线和一付定向天线配合使用,用垂直天线等待,听到信号后,再用定向天线转过去对准了听。 "mR6)9oU
©『 中国业余无线电 』 -- 『 中国业余无线电 』  x*&{hQIfG
仰角©『 中国业余无线电 』 -- 『 中国业余无线电 』  W;a
天线的仰角是指电波的仰角,而并不是天线振子本身机械上的仰角。仰角反映了天线接收哪个高度角来的电波最强。对于F层传播,我们希望仰角低,可以传播地远,对于 Es层,电波主要是从高处来,我们希望仰角高。 u)!,4
仰角的高低取决于天线型式和架设高度。一般来说,垂直天线具有低仰角,其他天线的仰角随架设高度变化。 VJu!.nu[m
©『 中国业余无线电 』 -- 『 中国业余无线电 』  !;Jw}M[COemK
架设高度P$ru9'hT#
天线有一个架设高度。这个高度实际上是两个高度,一个高度我们考虑它的水平面高度,这个高度对于本地信号有些用,对于DX其实用处不大。第二个常常被忽略的高度是地面高度,是指天线到电气地面的高度。比如架设在钢筋水泥房顶的天线,虽然房子高有20米,但是天线距房顶只有1米,那么这付天线的高度只是1米。 fy]AxO2
天线的高度对不同的天线有不同的影响,一般会影响天线的阻抗和仰角。通常我们认为天线的地面高度应在0.4个波长以上,才比较不受地面的影响。 hSzVOX6d
©『 中国业余无线电 』 -- 『 中国业余无线电 』  O@G@
驻波比f0^;U/Ym
最后介绍这个最不被中国的爱好者熟悉的特征。 h;/3
驻波比反映了天馈系统的匹配情况。它是以天线作为发射天线时发射出去和反射回来的能量的比来衡量天线性能的。驻波比是由天馈系统的阻抗决定的。天线的阻抗与馈线的阻抗与接收机的阻抗一致,驻波比就小。驻波比高的天馈系统,信号在馈线中的损失很大.

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发表于:2008-2-29 10:42:39
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电路设计中的基本概念

什么是EMI?  
   (Electromagnetic Interference),有传导干扰和辐射干扰两种。传导干扰是指通过导电介质把一个电网络上的信号耦合(干扰)到另一个电网络。辐射干扰是指干扰源通过空间把其信号耦合(干扰)到另一个电网络。在高速PCB及系统设计中,高频信号线、集成电路的引脚、各类接插件等都可能成为具有天线特性的辐射干扰源,能发射电磁波并影响其他系统或本系统内其他子系统的正常工作。
   自从电子系统降噪技术在70 年代中期出现以来,主要由于美国联邦通讯委员会在1990 年和欧盟在1992 提出了对商业数码产品的有关规章,这些规章要求各个公司确保它们的产品符合严格的磁化系数和发射准则。符合这些规章的产品称为具有电磁兼容性EMC(Electromagnetic Compatibility)。

    什么是信号完整性(signal integrity)?
    信号完整性是指信号在信号线上的质量。信号具有良好的信号完整性是指当在需要的时候,具有所必需达到的电压电平数值。差的信号完整性不是由某一单一因素导致的,而是板级设计中多种因素共同引起的。主要的信号完整性问题包括反射、振荡、地弹、串扰等。

    什么是反射(reflection)?
反射就是在传输线上的回波。信号功率(电压和电流)的一部分传输到线上并达到负载处,但是有一部分被反射了。如果源端与负载端具有相同的阻抗,反射就不会发生了。源端与负载端阻抗不匹配会引起线上反射,负载将一部分电压反射回源端。如果负载阻抗小于源阻抗,反射电压为负,反之,如果负载阻抗大于源阻抗,反射电压为正。布线的几何形状、不正确的线端接、经过连接器的传输及电源平面的不连续等因素的变化均会导致此类反射。

    什么是串扰(crosstalk)?
    串扰是两条信号线之间的耦合,信号线之间的互感和互容引起线上的噪声。容性耦合引发耦合电流,而感性耦合引发耦合电压。PCB 板层的参数、信号线间距、驱动端和接收端的电气特性及线端接方式对串扰都有一定的影响。
 
    什么是过冲(overshoot)和下冲(undershoot)?
过冲就是第一个峰值或谷值超过设定电压——对于上升沿是指最高电压而对于下降沿是指最低电压。下冲是指下一个谷值或峰值。过分的过冲能够引起保护二极管工作,导致过早地失效。过分的下冲能够引起假的时钟或数据错误(误*作)。
 
    什么是振荡(ringing)和 环绕振荡(rounding)?
    振荡的现象是反复出现过冲和下冲。信号的振荡和环绕振荡由线上过度的电感和电容引起,振荡属于欠阻尼状态而环绕振荡属于过阻尼状态。信号完整性问题通常发生在周期信号中,如时钟等,振荡和环绕振荡同反射一样也是由多种因素引起的,振荡可以通过适当的端接予以减小,但是不可能完全消除。

    什么是地电平面反弹噪声和回流噪声?
    在电路中有大的电流涌动时会引起地平面反弹噪声(简称为地弹),如大量芯片的输出同时开启时,将有一个较大的瞬态电流在芯片与板的电源平面流过,芯片封装与电源平面的电感和电阻会引发电源噪声,这样会在真正的地平面(0V)上产生电压的波动和变化,这个噪声会影响其它元器件的动作。负载电容的增大、负载
电阻的减小、地电感的增大、同时开关器件数目的增加均会导致地弹的增大。 由于地电平面(包括电源和地)分割,例如地层被分割为数字地、模拟地、屏蔽地等,当数字信号走到模拟地线区域时,就会产生地平面回流噪声。同样电源层也可能会被分割为2.5V,3.3V,5V 等。所以在多电压PCB 设计中,地电平面的反弹噪声和回流噪声需要特别关心。在时域(time domain)和频域(frequency domain)之间有什么不同时域(time domain)是以时间为基准的电压或电流的变化的过程,可以用示波器观察到。它通常用于找出管脚到管脚的延时(delays)、偏移(skew)、过冲(overshoot)、、下冲(undershoot)以及建立时间(settling times)。频域(frequency domain)是以频率为基准的电压或电流的变化的过程,可以用频谱分析仪观察到。它通常用于波形与FCC 和其它EMI 控制限制之间的比较。
 
    什么是阻抗(impedance)?
    阻抗是传输线上输入电压对输入电流的比率值(Z0=V/I)。当一个源送出一个信号到线上,它将阻碍它驱动,直到2*TD 时,源并没有看到它的改变,在这里TD 是线的延时(delay)。

    什么是建立时间(settling time)?
建立时间就是对于一个振荡的信号稳定到指定的最终值所需要的时间。什么是管脚到管脚(pin-to-pin)的延时(delay)管脚到管脚延时是指在驱动器端状态的改变到接收器端状态的改变之间的时间。这些改变通常发生在给定电压的50%,最小延时发生在当输出第一个越过给定的阈值(threshold),最大延时发生在当输出最后一个越过电压阈值(threshold) ,测量所有这些情况。

    什么是偏移(skew)?
信号的偏移是对于同一个网络到达不同的接收器端之间的时间偏差。偏移还被用于在逻辑门上时钟和数据达到的时间偏差。
    什么是斜率(slew rate)?
    Slew rate 就是边沿斜率(一个信号的电压有关的时间改变的比率)。I/O 的技术规范 (如PCI)状态在两个电压之间,这就是斜率(slew rate),它是可以测量的。

    什么是静态线(quiescent line)?
在当前的时钟周期内它不出现切换。另外也被称为 "stuck-at" 线或static线。串扰(Crosstalk)能够引起一个静态线在时钟周期内出现切换。
 
    什么是假时钟(false clocking)?
假时钟是指时钟越过阈值(threshold)无意识地改变了状态(有时在VIL 或VIH之间)。通常由于过分的下冲(undershoot)或串扰(crosstalk)引起。
 
    什么是IBIS 模型?
    IBIS(Input/Output Buffer Information Specification)模型是一种基于V/I 曲线的对I/O BUFFER 快速准 确建模的方法,是反映芯片驱动和接收电气特性的一种国际标准,它提供一种标准的文件格式来记录如驱动源输出阻抗、上升/下降时间及输入负载等参数,非常适合做振荡和串扰等高频效应的计算与仿真。IBIS 规范最初由一个被称为IBIS 开放论坛的工业组织编写,这个组织是由一些EDA 厂商、计算机制造商、半导体厂商和大学组成的。IBIS 的版本发布情况为:1993 年4 月第一次推出Version1.0 版,同年6 月经修改后发布了Version1.1版,1994 年6 月在San Diego 通过了Version2.0 版,同年12 月升级为Version2.1 版,1995 年12 月其Version2.1 版成为ANSI/EIA-656 标准,1997 年6 月发布了Version3.0 版,同年9 月被接纳为IEC 62012-1 标准,1998 年升级为Version3.1 版,1999 年1 月推出了当前最新的版本Version3.2 版。IBIS 本身只是一种文件格式,它说明在一标准的IBIS 文件中如何记录一个芯片的驱动器和接收器的不同参数,但并不说明这些被记录的参数如何使用,这些参数需要由使用IBIS 模型的仿真工具来读取。欲使用IBIS 进行实际的仿真,需要先完成以下四件工作:
(1)获取有关芯片驱动器和接收器的原始信息源;
(2)获取一种将原始数据转换为IBIS 格式的方法;
(3)提供用于仿真的可被计算机识别的布局布线信息;
(4)提供一种能够读取IBIS 和布局布线格式并能够进行分析计算的软件工具。
IBIS 是一种简单直观的文件格式,很适合用于类似于Spice(但不是Spice,因为IBIS 文件格式不能直接被Spice 工具读取)的电路仿真工具。它提供驱动器和接收器的行为描述,但不泄漏电路内部构造的知识产权细节。换句话说,销售商可以用IBIS 模型来说明它们最新的门级设计工作,而不会给其竞争对手透露过多的产品信息。并且,因为IBIS 是一个简单的模型,当做简单的带负载仿真时,比相应的全Spice 三极管级模型仿真要节省10~15 倍的计算量。IBIS 提供两条完整的V-I 曲线分别代表驱动器为高电平和低电平状态,以及在确定的转换速度下状态转换的曲线。V-I 曲线的作用在于为IBIS 提供保护二极管、TTL 图腾柱驱动源和射极跟随输出等非线性效应的建模能力。由上可知,IBIS 模型的优点可以概括为:
1、在I/O 非线性方面能够提供准确的模型,同时考虑了封装的寄生参数与ESD 结构;
2、提供比结构化的方法更快的仿真速度;
3、可用于系统板级或多板信号完整性分析仿真。可用IBIS 模型分析的信号完整性问题包括:串扰、反 射、振荡、上冲、下冲、不匹配阻抗、传输线分析、拓扑结构分析。IBIS 尤其能够对高速振荡和串扰进行准确精细的仿真,它可用于检测最坏情况的上升时间条件下的信号行为及一些用物理测试无法解决的情况;
4、模型可以免费从半导体厂商处获取,用户无需对模型付额外开销;
5、兼容工业界广泛的仿真平台。
当然,IBIS 不是完美的,它也存在以下缺点:
1、多芯片厂商缺乏对IBIS 模型的支持。而缺乏IBIS 模型,IBIS 工具就无法工作。虽然IBIS 文件可以手工创建或通过Spice 模型自动转换,但是如果无法从厂家得到最小上升时间参数,任何转换工具都无能为力;
2、IBIS 不能理想地处理上升时间受控的驱动器类型的电路,特别是那些包含复杂反馈的电路;
3、IBIS 缺乏对地弹噪声的建模能力。IBIS 模型2.1 版包含了描述不同管脚组合的互感,从这里可以提取一些非常有用的地弹信息。它不工作的原因在于建模方式,当输出由高电平向低电平跳变时,大的地弹电压可以改变输出驱动器的行为。

    什么是SPICE 模型?
    SPICE(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)。

 原文地址 http://blog.21ic.com/user1/1579/archives/2005/5533.html

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公式换算

重量换算表

1蒲式尔(大豆,小麦)=60磅
1蒲式尔(玉米)=56磅
1吨=2204.622磅
1吨=36.7437蒲式尔(大豆,小麦)
1吨=39.3679蒲式尔(玉米)
1kg=2.2046磅
1kg=0.0011短吨
1kg=0.0098长吨

英制单位换算
长度单位:1 英 寸=2.5400 厘 米   
     1 英 尺 =12 英 寸 =0.3048 米   
     1 码 =3 英 尺 =0.9144 米   
     1 英 里 =1760 码 =1.6093 千 米
面积单位:1 平 方 英 寸 =516 平 方 厘 米   
     1 平 方 码 =9 平 方 英 尺 =0.8361 平 方 米   
     1 英 亩 =4840 平 方 码 =4046.86 平 方 米   
     1 平 方 英 里 =640 英 亩 =259.0 公 顷
体积单位:1 立 方 英 寸=16.387 立 方 厘 米   
     1 立 方 码 =27 立 方 英 尺 =0.7646 立 方 米 美 制 干 量   
     1 品 脱 =0.9689英 制 品 脱 =0.5506 公 升   
     1 蒲 式 耳 =64 品 脱 =35.238 公 升 美 制 液 量   
     1 品 脱 =0.8327 英 制 品 脱 =0.4732 公 升   
     1 加 伦 =8 品 脱 =3.7853 公 升 英 制 单 位   
     1 品 脱 =1.0321 美 制 品 脱 =0.5683 公 升   
     1 加 伦 =8 品 脱 =4.5461 公 升    
     1 蒲 式 耳 =8 加 伦 =36.369 公 升
重量单位:1 盎 司 =437.5 谷 =28.350 克   
     1 磅 =16 盎 司 =0.4536 千 克    
     1 美 担 =100 磅 =45.359 千 克    
     1 英 担 =112 磅 =50.802 千 克   
     1 美 吨 =2000 磅 =0.9072 公 吨   
     1 英 吨 =2240 磅 =1.0161 公 吨  

美制单位换算
长度单位:1 毫 米=0.0394 英 寸    
     1 厘 米 =10 毫 米 =0.3937 英 寸    
     1 米 =1000 毫 米 =1.0936 码    
     1 千 米 =1000 米 =0.6214 英 里  
面积单位:1 平 方 厘 米 =100 平 方 毫 米 =0.1550 平 方 英 寸    
     1 平 方 米 =10000 平 方 厘 米 =1.1960 平 方 码    
     1 公 倾 =10000 平 方 米 =2.4711 英 亩    
     1 平 方 公 里 =100 公 顷 =0.3861 平 方 英 里  
容积单位:1 立 方 厘 米 =1000 立 方 厘 米 =0.0610 立 方 英 寸   
     1 立 方 分 米 =1000 立 方 分 米 =0.353 立 方 英 尺   
     1 立 方 米 =1 立 方 分 米=1.3079 立 方 码   
     1 公 升 =0.2642 美 加 仑    
     1 公 升=0.2200 英 加 仑    
     1 百 升=2.8378 美 蒲 式 耳    
     1 百 升 =100 公 升 =2.7497 英 蒲 式 耳  
重量单位:1 毫 克=0.0154 谷    
     1 克 =1000 毫 克 =0.0353 盎 司   
     1 千 克 =1000 克 =2.2046 磅    
     1 公 吨 =1000 千 克 =1.1023 美 吨( 短 吨)    
     1 公 吨=0.9842 英 吨( 长 吨)

换算单位(中英缩写标符)
长度
  
1千米(km)=0.621英里(mile)
1米(m)=3.281英尺(ft)=1.094码(yd)
1厘米(cm)=0.394英寸(in)
1埃=10-10米(m)
1英里(mile)=1.609千米(km)
1英寻(fm)=1.829(m)
1英尺(ft)=0.3048米(m)
1英寸(in)=2.54厘米(cm)
1海里(n mile)=1.852千米(km)
1链=66英尺(ft)=20.1168米
1码(yd)=0.9144米(m)
1密耳(mil)=0.0254毫米(mm)
1英尺(ft)=12英寸(in)
1码(yd)=3英尺(ft)
1杆(rad)=16.5英尺(ft)
1英里(mile)=5280英尺(ft)
1海里(n mile)=1.1516英里(mile)

面积

1平方公里(km2)=100公顷(ha)=247.1英亩(acre)=0.386平方英里(mile2)
1平方米(m2)=10.764平方英尺(ft2)
1公亩(are)=100平方米(m2)
1公顷(ha)=10000平方米(m2)=2.471英亩(acre)
1平方英里(mile2)=2.590平方公里(km2)
1英亩(acre)=0.4047公顷(ha)=4.047×10-3平方公里(km2)=4047平方米(m2)
1平方英尺(ft2)=0.093平方米(m2)
1平方英寸(in2)=52平方厘米(cm2)
1平方码(yd2)=0.8361平方米(m2)

体积

1立方米(m3)=1000升(liter)=35.315立方英尺(ft3)=6.29桶(bbl)
1立方英尺(ft3)=0.0283立方米(m3)=28.317升(liter)
1千立方英尺(mcf)=28.317立方米(m3)
1百万立方英尺(MMcf)=2.8317万立方米(m3)
10亿立方英尺(bcf)=2831.7万立方米(m3)
1万亿立方英尺(tcf)=283.17亿立方米(m3)
1立方英寸(in3)=16.3871立方厘米(cm3)
1英亩·英尺=1234立方米(m3)
1桶(bbl)=0.159立方米(m3)=42美加仑(gal)
1美加仑(gal)=3.785升(1)
1美夸脱(qt)=0.946升(1)
1美品脱(pt)=0.473升(1)
1美吉耳(gi)=0.118升(1)
1英加仑(gal)=4.546升(1)

质量

1吨(t)=1000千克(kg)=2205磅(lb)=1.102短吨(sh.ton)=0.984长吨(long ton)
1千克(kg)=2.205磅(lb)
1短吨(sh.ton)=0.907吨(t)=2000磅(lb)
1长吨(long ton)=1.016吨(t)
1磅(lb)=0.454千克(kg)[常衡]
1盎司(oz)=28.350克(g)

密度

1千克/米3(kg/m3)=0.001克/厘米3(g/cm3)=0.0624磅/英尺3(lb/ft3)
1磅/英尺3(lb/ft3)=16.02千克/米3(kg/m3)
1磅/英寸3(lb/in3)=27679.9千克/米3(kg/m3)
1磅/美加仑(lb/gal)=119.826千克/米3(kg/m3)
1磅/英加仑(lb/gal)=99.776千克/米3(kg/m3)
1磅/(石油)桶(lb/bbl)=2.853千克/米3(kg/m3)
1波美密度(B)=140/15.5℃时的比重-130
API度=141.5/15.5℃时的比重-131.5

运动粘度

1英尺2/秒(ft2/s)=9.29030×10-2米2/秒(m2/s)
1斯(St)=10-4米2/秒(m2/s)=1厘米2/秒(cm2/s)
1厘斯(cSt)=10-6米2/秒(m2/s)=1毫米2/秒(mm2/s)

动力粘度

1泊(P)=0.1帕·秒(Pa·s)
1厘泊(cP)=10-3帕·秒(Pa·s)
1千克力秒/米2(kgf·s、m2)=9.80665帕·秒(Pa·s)
1磅力秒/英尺2(lbf·s/ft2)=47.8803帕·秒(Pa·s)

1牛顿(N)=0.225磅力(lbf)=0.102千克力(kgf)
1千克力(kgf)=9.81牛(N)
1磅力(lbf)=4.45牛顿(N)
1达因(dyn)=10-5牛顿(N)

压力

1巴(bar)=105帕(Pa)
1千帕(kPa)=0.145磅力/英寸2(psi)=0.0102千克力/厘米2(kgf/cm2)
            =0.0098大气压(atm)
1磅力/英寸2(psi)=6.895千帕(kPa)=0.0703千克力/厘米2(kg/cm2)
                  =0.0689巴(bar)=0.068大气压(atm)
1物理大气压(atm)=101.325千帕(kPa)=14.696磅/英寸2(psi)=1.0333巴(bar)
1工程大气压=98.0665千帕(kPa)
1毫米水柱(mmH2O)=9.80665帕(Pa)
1毫米汞柱(mmHg)=133.322帕(Pa)
1托(Torr)=133.322帕(Pa)
1达因/厘米2(dyn/cm2)=0.1帕(Pa)


温度

K=5/9(°F+459.67)
K=℃+273.15
n°F=[(n-32)×5/9]℃
n℃=(5/9·n+32) °F
1°F=5/9℃(温度差)


传热系数

1千卡/(米2·时·℃)〔1kcal/(m2·h·℃)〕=1.16279瓦/(米2·开尔文)〔w/(m2·K)〕
1英热单位/(英尺2·时·°F)〔Btu/(ft2·h·°F)〕
     =5.67826瓦/(米2·开尔文)〔(w/m2·K)〕1米2·时·℃/千卡(m2·h·℃/kcal)
     =0.86000米2·开尔文/瓦(m2·K/W)
1千卡/米2·时(kcal/m2·h)=1.16279瓦/米2(w/m2)

热导率

1千卡(米·时·℃)〔kcal/(m·h·℃)〕=1.16279瓦/(米·开尔文)〔W/(m·K)〕
1英热单位/(英尺·时·°F)〔But/(ft·h·°F)〕=1.7303瓦/(米·开尔文)〔W/(m·K)〕


比容热

1千卡/(千克·℃)〔kcal/(kg·℃)〕=1英热单位/(磅·°F)〔Btu/(lb·°F)〕
                                   =4186.8焦耳/(千克·开尔文)〔J/(kg·K)〕

热功

1焦耳=0.10204千克·米=2.778×10-7千瓦·小时=3.777×10-7公制马力小时
     =3.723×10-7英制马力小时=2.389×10-4千卡=9.48×10-4英热单位
1卡(cal)=4.1868焦耳(J)
1英热单位(Btu)=1055.06焦耳(J)
1千克力米(kgf·m)=9.80665焦耳(J)
1英尺磅力(ft·lbf)=1.35582焦耳(J)
1米制马力小时(hp·h)=2.64779×106焦耳(J)
1英马力小时(UKHp·h)=2.68452×106焦耳
1千瓦小时(kW·h)=3.6×106焦耳(J)
1大卡=4186.75焦耳(J)

功率

1千克力·米/秒(kgf·m/s)=9.80665瓦(w)
1米制马力(hp)=735.499瓦(W)
1卡/秒(cal/s)=4.1868瓦(W)
1英热单位/时(Btu/h)=0.293071瓦(W)

速度

1英尺/秒(ft/s)=0.3048米/秒(m/s)
1英里/时(mile/h)=0.44704米/秒(m/s)

渗透率

1达西=1000毫达西
1平方厘米(cm2)=9.81×107达西

地温梯度

1°F/100英尺=1.8℃/100米(℃/m)
1℃/公里=2.9°F/英里(°F/mile)=0.055°F/100英尺(°F/ft)

油气产量

1桶(bbl)=0.14吨(t)(原油,全球平均)
1吨(t)=7.3桶(bbl)(原油,全球平均)
1桶/日(bpd)=50吨/年(t/a)(原油,全球平均)
1千立方英尺/日(Mcfd)=28.32立方米/日(m3/d)=1.0336万立米/年(m3/a)
1百万立方英尺/日(MMcfd)=2.832万立方米/日(m3/d)=1033.55万立方米/年(m3/a)
10亿立方英尺/日(bcfd)=0.2832亿立方米/日(m3/d)=103.36亿立方米/年(m3/a)
1万亿立方英尺/日(tcfd)=283.2亿立方米/日(m3/d)=10.336万亿立方米/年(m3/a)

气油比

1立方英尺/桶(cuft/bbl)=0.2067立方米/吨(m3/t)

热值

1桶原油=5.8×106英热单位(Btu)
1立方米湿气=3.909×104英热单位(Btu)
1立方米干气=3.577×104英热单位(Btu)
1吨煤=2.406×107英热单位(Btu)
1千瓦小时水电=1.0235×104英热(Btu)
(以上为1990年美国平均热值)
(资料来源:美国国家标准局)

热当量

1桶原油=5800立方英尺天然气(按平均热值计算)
1千克原油=1.4286千克标准煤
1立方米天然气=1.3300千克标准煤

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PCB Layout 中的直角走线、差分走线和蛇形线

布线(Layout)是PCB设计工程师最基本的工作技能之一。走线的好坏将直接影响到整个系统的性能,大多数高速的设计理论也要最终经过 Layout 得以实现并验证,由此可见,布线在高速 PCB 设计中是至关重要的。下面将针对实际布线中可能遇到的一些情况,分析其合理性,并给出一些比较优化的走线策略。

主要从直角走线,差分走线,蛇形线等三个方面来阐述。

1. 直角走线

        直角走线一般是PCB布线中要求尽量避免的情况,也几乎成为衡量布线好坏的标准之一,那么直角走线究竟会对信号传输产生多大的影响呢?从原理上说,直角走线会使传输线的线宽发生变化,造成阻抗的不连续。其实不光是直角走线,顿角,锐角走线都可能会造成阻抗变化的情况。

        直角走线的对信号的影响就是主要体现在三个方面:

        一是拐角可以等效为传输线上的容性负载,减缓上升时间;

        二是阻抗不连续会造成信号的反射;

        三是直角尖端产生的EMI。 

 

传输线的直角带来的寄生电容可以由下面这个经验公式来计算:

C=61W(Er)[size=1]1/2[/size]/Z0 

在上式中,C 就是指拐角的等效电容(单位:pF),W指走线的宽度(单位:inch),εr指介质的介电常数,Z0就是传输线的特征阻抗。举个例子,对于一个4Mils的50欧姆传输线(εr为4.3)来说,一个直角带来的电容量大概为0.0101pF,进而可以估算由此引起的上升时间变化量:

        T10-90%=2.2*C*Z0/2 = 2.2*0.0101*50/2 = 0.556ps

通过计算可以看出,直角走线带来的电容效应是极其微小的。

       由于直角走线的线宽增加,该处的阻抗将减小,于是会产生一定的信号反射现象,我们可以根据传输线章节中提到的阻抗计算公式来算出线宽增加后的等效阻抗,然后根据经验公式计算反射系数:

       ρ=(Zs-Z0)/(Zs+Z0)

       一般直角走线导致的阻抗变化在7%-20%之间,因而反射系数最大为0.1左右。而且,从下图可以看到,在W/2线长的时间内传输线阻抗变化到最小,再经过W/2时间又恢复到正常的阻抗,整个发生阻抗变化的时间极短,往往在10ps 之内,这样快而且微小的变化对一般的信号传输来说几乎是可以忽略的。

 

         很多人对直角走线都有这样的理解,认为尖端容易发射或接收电磁波,产生 EMI,这也成为许多人认为不能直角走线的理由之一。然而很多实际测试的结果显示,直角走线并不会比直线产生很明显的 EMI。也许目前的仪器性能,测试水平制约了测试的精确性,但至少说明了一个问题,直角走线的辐射已经小于仪器本身的测量误差。

        总的说来,直角走线并不是想象中的那么可怕。至少在GHz以下的应用中,其产生的任何诸如电容,反射,EMI等效应在 TDR测试中几乎体现不出来,高速PCB设计工程师的重点还是应该放在布局,电源/地设计,走线设计,过孔等其他方面。当然,尽管直角走线带来的影响不是很严重,但并不是说我们以后都可以走直角线,注意细节是每个优秀工程师必备的基本素质,而且,随着数字电路的飞速发展,PCB 工程师处理的信号频率也会不断提高,到 10GHz 以上的 RF 设计领域,这些小小的直角都可能成为高速问题的重点对象。  

2. 差分走线

        差分信号(Differential Signal)在高速电路设计中的应用越来越广泛,电路中最关键的信号往往都要采用差分结构设计,什么另它这么倍受青睐呢?在PCB设计中又如何能保证其良好的性能呢?带着这两个问题,我们进行下一部分的讨论。 

 

        何为差分信号?通俗地说,就是驱动端发送两个等值、反相的信号,接收端通过比较这两个电压的差值来判断逻辑状态“0”还是“1”。而承载差分信号的那一对走线就称为差分走线。

        差分信号和普通的单端信号走线相比,最明显的优势体现在以下三个方面:

        a.抗干扰能力强,因为两根差分走线之间的耦合很好,当外界存在噪声干扰时,几乎是同时被耦合到两条线上,而接收端关心的只是两信号的差值,所以外界的共模噪声可以被完全抵消。

        b.能有效抑制 EMI,同样的道理,由于两根信号的极性相反,他们对外辐射的电磁场可以相互抵消,耦合的越紧密,泄放到外界的电磁能量越少。

        c.时序定位精确,由于差分信号的开关变化是位于两个信号的交点,而不像普通单端信号依靠高低两个阈值电压判断,因而受工艺,温度的影响小,能降低时序上的误差,同时也更适合于低幅度信号的电路。目前流行的LVDS(low voltage differential signaling)就是指这种小振幅差分信号技术。

        对于PCB工程师来说,最关注的还是如何确保在实际走线中能完全发挥差分走线的这些优势。也许只要是接触过Layout的人都会了解差分走线的一般要求,那就是“等长、等距”。等长是为了保证两个差分信号时刻保持相反极性,减少共模分量;等距则主要是为了保证两者差分阻抗一致,减少反射。“尽量靠近原则”有时候也是差分走线的要求之一。但所有这些规则都不是用来生搬硬套的,不少工程师似乎还不了解高速差分信号传输的本质。下面重点讨论一下PCB差分信号设计中几个常见的误区。

        误区一:认为差分信号不需要地平面作为回流路径,或者认为差分走线彼此为对方提供回流途径。造成这种误区的原因是被表面现象迷惑,或者对高速信号传输的机理认识还不够深入。从图 1-8-15 的接收端的结构可以看到,晶体管Q3,Q4 的发射极电流是等值,反向的,他们在接地处的电流正好相互抵消(I1=0),因而差分电路对于类似地弹以及其它可能存在于电源和地平面上的噪音信号是不敏感的。地平面的部分回流抵消并不代表差分电路就不以参考平面作为信号返回路径,其实在信号回流分析上,差分走线和普通的单端走线的机理是一致的,即高频信号总是沿着电感最小的回路进行回流,最大的区别在于差分线除了有对地的耦合之外,还存在相互之间的耦合,哪一种耦合强,那一种就成为主要的回流通路。图 1-8-16 是单端信号和差分信号的地磁场分布示意图。

 

        在PCB电路设计中,一般差分走线之间的耦合较小,往往只占10~20%的耦合度,更多的还是对地的耦合,所以差分走线的主要回流路径还是存在于地平面。当地平面发生不连续的时候,无参考平面的区域,差分走线之间的耦合才会提供主要的回流通路,见图 1-8-17所示。尽管参考平面的不连续对差分走线的影响没有对普通的单端走线来的严重,但还是会降低差分信号的质量,增加 EMI,要尽量避免。也有些设计人员认为,可以去掉差分走线下方的参考平面,以抑制差分传输中的部分共模信号,但从理论上看这种做法是不可取的,阻抗如何控制?不给共模信号提供地阻抗回路,势必会造成EMI辐射,这种做法弊大于利。

 

误区二:认为保持等间距比匹配线长更重要。在实际的PCB布线中,往往不能同时满足差分设计的要求。由于管脚分布,过孔,以及走线空间等因素存在,必须通过适当的绕线才能达到线长匹配的目的,但带来的结果必然是差分对的部分区域无法平行,这时候我们该如何取舍呢?在下结论之前我们先看看下面一个仿真结果。 

 

        从上面的仿真结果看来,方案 1 和方案 2 波形几乎是重合的,也就是说,间距不等造成的影响是微乎其微的,相比较而言,线长不匹配对时序的影响要大得多(方案3)。再从理论分析来看,间距不一致虽然会导致差分阻抗发生变化,但因为差分对之间的耦合本身就不显著,所以阻抗变化范围也是很小的,通常在10%以内,只相当于一个过孔造成的反射,这对信号传输不会造成明显的影响。而线长一旦不匹配,除了时序上会发生偏移,还给差分信号中引入了共模的成分,降低信号的质量,增加了EMI。

       可以这么说,PCB 差分走线的设计中最重要的规则就是匹配线长,其它的规则都可以根据设计要求和实际应用进行灵活处理。

误区三:认为差分走线一定要靠的很近。让差分走线靠近无非是为了增强他们的耦合,既可以提高对噪声的免疫力,还能充分利用磁场的相反极性来抵消对外界的电磁干扰。虽说这种做法在大多数情况下是非常有利的,但不是绝对的,如果能保证让它们得到充分的屏蔽,不受外界干扰,那么我们也就不需要再让通过彼此的强耦合达到抗干扰和抑制EMI的目的了。如何才能保证差分走线具有良好的隔离和屏蔽呢?增大与其它信号走线的间距是最基本的途径之一,电磁场能量是随着距离呈平方关系递减的,一般线间距超过4 倍线宽时,它们之间的干扰就极其微弱了,基本可以忽略。此外,通过地平面的隔离也可以起到很好的屏蔽作用,这种结构在高频的(10G以上)IC封装PCB 设计中经常会用采用,被称为CPW结构,可以保证严格的差分阻抗控制(2Z0),如图1-8-19。

   

         差分走线也可以走在不同的信号层中,但一般不建议这种走法,因为不同的层产生的诸如阻抗、过孔的差别会破坏差模传输的效果,引入共模噪声。此外,如果相邻两层耦合不够紧密的话,会降低差分走线抵抗噪声的能力,但如果能保持和周围走线适当的间距,串扰就不是个问题。在一般频率(GHz 以下),EMI也不会是很严重的问题,实验表明,相距500Mils的差分走线,在3米之外的辐射能量衰减已经达到60dB,足以满足FCC的电磁辐射标准,所以设计者根本不用过分担心差分线耦合不够而造成电磁不兼容问题。

3. 蛇形线

        蛇形线是Layout中经常使用的一类走线方式。其主要目的就是为了调节延时,满足系统时序设计要求。设计者首先要有这样的认识:蛇形线会破坏信号质量,改变传输延时,布线时要尽量避免使用。但实际设计中,为了保证信号有足够的保持时间,或者减小同组信号之间的时间偏移,往往不得不故意进行绕线。

 

         那么,蛇形线对信号传输有什么影响呢?走线时要注意些什么呢?其中最关键的两个参数就是平行耦合长度(Lp)和耦合距离(S),如图1-8-21所示。很明显,信号在蛇形走线上传输时,相互平行的线段之间会发生耦合,呈差模形式,S越小,Lp越大,则耦合程度也越大。可能会导致传输延时减小,以及由于串扰而大大降低信号的质量,其机理可以参考第三章对共模和差模串扰的分析。

  

下面是给Layout工程师处理蛇形线时的几点建议:

1. 尽量增加平行线段的距离(S),至少大于3H,H指信号走线到参考平面的距离。通俗的说就是绕大弯走线,只要S足够大,就几乎能完全避免相互的耦合效应。

2. 减小耦合长度Lp,当两倍的Lp延时接近或超过信号上升时间时,产生的串扰将达到饱和。

3. 带状线(Strip-Line)或者埋式微带线(Embedded Micro-strip)的蛇形线引起的信号传输延时小于微带走线(Micro-strip)。理论上,带状线不会因为差模串扰影响传输速率。

4. 高速以及对时序要求较为严格的信号线,尽量不要走蛇形线,尤其不能在小范围内蜿蜒走线。

5. 可以经常采用任意角度的蛇形走线,如图1-8-20中的C结构,能有效的减少相互间的耦合。

6. 高速PCB 设计中,蛇形线没有所谓滤波或抗干扰的能力,只可能降低信号质量,所以只作时序匹配之用而无其它目的。

7. 有时可以考虑螺旋走线的方式进行绕线,仿真表明,其效果要优于正常的蛇形走线。

 

 

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发表于:2008-2-26 16:26:04
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Quarter-VGA

Quarter-VGA

An image size of 320 x 240 pixels. This can refer to the size/resolution of a display, an image (file), or a camera.

QVGA is a common size for high-resolution phone displays, and also for video captured by some high-end phones.

Higher resolution offers more detail. QVGA is larger (higher resolution) than QCIF, but smaller than VGA.

VGA is 640 x 480 pixels. QVGA is therefore one-quarter the area, hence the name Quarter-VGA (QVGA).

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发表于:2008-2-26 15:35:50
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I2C串行总线原理及其在单片机接口中的实现!

I2C BUS(Inter Integrated Circuit BUS 内部集成电路总线)是由Philips公司推出的二线制串行扩展总线。I2C总线是具备总线仲裁和高低速设备同步等功能的高性能多主机总线。由于其组成系统结构简单,无需专门的母板和插座,直接用导线连接设备,通信时无需片选信号,且具有这种总线的器件的价格比较便宜,故当今已有广泛的应用前景。但目前应用很广的MCS51系列、68HC05系列、AT89系列的单片机都不具有这种总线的接口,很大程度上限制了它们的应用范围。本文介绍了这种总线的通信标准,并给出了在8031上利用P1口实现I2C总线的方法,及其软件模拟程序。 


I2C总线


I2C总线概述

I2C总线使用两根信号线来进行数据传输,一根是串行数据线(SDA),另一根是串行时钟线(SCL)。它允许若干兼容器件(如存储器、A/D和D/A转换器,以及LED、LCD驱动器等)共享总线。I2C总线上理论上可以允许的最大设备数,是以总线上所有器件的电容总和不超过400pF为限(其中包括连线本身的电容和与它连接端的引出电容),总线上所有器件要依靠SDA发送的地址信号寻址,不需要片选线。任何时刻总线只能由一个主器件控制,各从器件在总线空闲时启动数据传送,由I2C总线仲裁来决定哪个主器件控制总线。

I2C总线数据传输的最高速率为400Kbps,标准速率为100Kbps。SDA与SCL为双向I/O线,都是开漏极端(输出1时,为高阻抗状态)。因此I2C总线上的所有设备的SDA、SCL引脚都要外接上拉电阻。

I2C总线的协议如下:

总线空闲:SCL和SDA都保持高电平。

开始信号:SCL保持高电平的状态下,SDA出现下降沿。出现开始信号以后,总线被认为"忙"。

停止信号:SCL保持高电平的状态下,SDA出现上升沿。停止信号过后,总线被认为"空闲"。

总线忙: 在数据传送开始以后,SCL为高电平的时候,SDA的数据必须保持稳定,只有当SCL为低电平的时候才允许SDA上的数据改变。(如图1)

I2C总线的传送格式为主从式,对系统中的某一器件来说有四种可能的工作方式:主发送方式,从发送方式,主接收方式,从接收方式。

⑴ 主发送从接收

主器件产生开始信号以后,发送的第一个字节为控制字节。前七位为从器件的地址片选信号。最低位为数据传送方向位 (高电平表示读从器件,低电平代表写从器件),然后发送一个选择从器件片内地址的字节,来决定开始读写数据的起始地址。接着再发送数据字节,可以是单字节数据,也可以是一组数据,由主器件来决定。从器件每接收到一个字节以后,都要返回一个应答信号(ASK=0)。主器件在应答时钟周期高电平期间释放SDA线,转由从器件控制,从器件在这个时钟周期的高电平期间必须拉低SDA线,并使之为稳定的低电平,作为有效的应答信号,如图2。

⑵ 从接收主发送

在开始信号以后,主器件向从器件发送控制字节。如果从器件接收到主器件发送来的控制字节中的从地址片选信号与该器件相对应,并且方向位为高电平(R/W=1),就表示从器件将要发送数据。从器件先发送一个应答信号(ASK=0)回应主器件,接着由从器件发送数据到主器件。如果,在这个过程之前,主器件发给从器件一个片内地址选择信号,那么从器件发送的数据就从该地址开始发送;如果在从器件接收到请求发送的控制信号以前,没有收到这个地址选择信号,从器件就从最后一次发送数据的地址开始发送数据。发送数据过程中,主器件每接收到一个字节都要返回一个应答信号ACK。若ACK=0(有效应答信号),那么从器件继续发送;若ACK=1(停止应答信号),停止发送。主器件可以控制从器件从什么地址开始发送,发送多少字节。

AT24C02与8031的接口及软件模拟

AT24CXX系列芯片是采用了I2C总线标准的常用的串行EEPROM存储芯片。我们以AT24C02为例来介绍。AT24C02具有256 8(2K)Bit的存储容量,每个字节可重复擦/写100万次,数据保存期大于100年。AT24C02工作于从器件方式,页写的时候最多可以写入8字节(当开始写入的从器件片内地址为页首地址时)。也就是说,AT24C02每页有8字节的容量,每次写入数据是从主器件发送来的片内选择地址开始写入,如果写到页末尾,主器件还在继续发送的话,不会自动转到下一页,而是从该页的头地址开始继续写入,覆盖该页的原有数据,而造成数据丢失。

8031与AT24C02的接口电路原理图如图3,其中P1.0用作SDA线,P1.1用作SCL线。A0-A2为从器件地址选择线,总线上共可接8片AT24C02,故一条I2C总线上共可以接16Kbit容量的这种型号的存储器。每一片的有效地址引脚A2A1A0要按照000~111的顺序与Vcc或Vss相连。WP为写保护引脚,由于AT24C02不具有写保护功能,所以该引脚接地。本设计为了方便,只采用一片AT24C02,将A0-A2接地。


软件模拟I2C总线


SCL EQU P1.1 ;
SDA EQU P1.0 ;
开始信号: 停止信号:
START: CLR SCL ; STOP:CLR SCL ;
SETB SDA ; CLR SDA ;
ACALL DELAY ; ACALL DELAY ;
SETB SCL ; SETB SCL ;
ACALL DELAY ; ACALL DELAY ;
CLR SDA ; SETB SDA ;
ACALL DELAY ; ACALL DELAY ;
CLR SCL ; RET ;
RET ;
发送一个字节: 接收一个字节:
SEND: MOV R0,#08H ; REV: MOV R0,#08H ;
SEND0: RLC A ; REV0: SETB SCL ;
MOV SDA,C ; MOV C,SDA ;
SETB SCL ; RLC A ;
ACALL DEALY ; CLR SCL ;
CLR SCL ; DJNZ R7,REV0 ;
DJNZ R0,SEND0; RET ;
SETB SDA ;
RET ;
接收一个应答位: 发送一个应答位:
ACKI:SETB SCL ; ACKO:SETB SCL ;
ACALL DELAY ; ACALL DELAY ;
MOV C,SDA ; MOV SDA,C ;
CLR SCL ; CLR SCL ;
RET ; RET ;
循环子程序:
DELAY: NOP;
NOP;
NOP;
RET;

对于AT24C系列芯片来说,其控制字节的格式为:1010A2A1A0 。前四位是固定的,为1010。A2A1A0这三位是用来选择对应的从器件,本例中从器件的这三根引脚都接地,选择信号应该为000。