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高速电路设计与培训

嵌入式培训专家
高速电路设计与仿真
---SPECCTRAQuest Foundations
https://www.wendangku.net/doc/327005158.html,

华清远见
问题的提出及课程目的
v 高速PCB设计失败的例子 v 系统地认识高速PCB设计中会遇到哪些棘手问题?这些问题
有什么现象和表现形式?
v 理解问题产生的原因、机理 v 掌握问题的解决方法

华清远见
高速PCB设计中的主要问题
v 信号完整性问题 v 时序问题 v 电磁兼容性问题

华清远见
高速PCB设计中的理论基础
v 传输线理论(高速PCB中所涉及的) v 反射、串扰、振铃、地弹等 v 时序匹配

华清远见
The SPECCTRAQuest Design Flow
The SPECCTRAQuest Design Flow consists of the following six steps:
PrePre-Placement Solution Space Analysis ConstraintConstraint-Driven Floorplanning ConstraintConstraint-Driven Routing PostPost-Route DRC PostPost-Route Analysis

华清远见
Design Flow: Pre-Placement
Standard form factors, mechanical restrictions, and standard practices often predefine locations of critical components. Electrical design must start with these requirements, or present a strong case why things should be changed. PrePre-placed design is usually created by the CAD group as a starting point for design. Chip set placement
predetermined

华清远见
Database Setup Advisor
? The first screen of the Database Seup Advisor. ? Explains the use of Database Setup Advisor. ? Describes the steps you must take to set up the database correctly. ? “Set up Right, Set up Once”.

华清远见
Defining the Layout Cross-Section
Designates the currently selected layer as a shield layer. The shield layer prevents the electrical signals from the two adjacent layers from interacting with each other.
Activate Differential Mode Layout Cross-Section Editor

华清远见
DC Voltages
SPECCTRAQuest SI Expert needs source voltages for terminators and capacitors to build an electrically correct circuit.
Terminated buses to 1.5 Volts

华清远见
Signal Model Assignment Form
Signal Model U1 IBIS IOCell Model RLC RLC RLC IBIS Device Model Package Model

华清远见
Translating and Adding Libraries
An Index file (.ndx) is a group of library files that have been merged and indexed together. You can use the models for simulation, but cannot modify the index file in any way.
You can translate these types of signal models to SPECCTRAQuest format.
Ibis2signoise quad2signoise

华清远见
Pre-Route Template Extraction
The Xnet includes the drivers, receivers and interconnects of an extended net.

华清远见
SQ Signal Explorer Expert Parameters Tab
Toggle to display the units on the TLine to Length or Time.

华清远见
SQ Signal Explorer Expert Results Tab

华清远见
SigWave Current Waveforms
Menu Bar Tool Bar
Waveform library window
Waveform window
Status Bar

华清远见
Solution Space Analysis Step 1
? Extract / create topology to be analyzed. ü Pin ordering ü Discrete devices ü Rat-T positions (if any) ? Identify / enter nominal values for all parameters. ü Board impedance ü Trace velocity ü Terminator value ü Segment lengths Point-to-point device connection
Terminators at the end of the net on short stubs.

华清远见
Solution Space Analysis Step 2
? Identify manufacturing variances that are to be included in the analysis. ü Trace impedance (for example +/- 10%) ü Trace velocity ü Fast / slow components ü Device values (ex. terminators) ü Power supplies (if applicable) ? Identify initial ranges for “design rule” parameters. ü Min / max segment lengths Trace impedance is
1.5 volt supply is +/- 5%
Devices = Fast and Slow
65 ohms +/- 5 ohms.
Terminators are +/-1ohm
Trace length varies for each TLine: TL1: 4000 mils to 8000 mils, TL2 and TL3: 0 mils to 2000 mils.

华清远见
Solution Space Analysis Step 3
? Create a “master list” of all variables for analyses and their ranges. ? Identify “dependencies” between variables, based on how the design will be implemented.
ü Traces on the same layer have identical characteristics. ü Resistors in the same RPAK match closely.
? Develop a simulation strategy based on combinations to be analyzed.
Devices = Fast and Slow
Terminators are +/-1ohm

华清远见
Solution Space Analysis Step 4
? Run simulations and gather results.
ü SigXp “tabbed” report format is designed to import easily into Microsoft Excel and Access.
? Evaluate results and identify “cases” (combinations of variables) that cause topology to fail (not meet design goals). ? Simulate individual cases, analyze, correct design if needed, and iterate.

华清远见
Solution Space Analysis Step 5
? The solution found thus far is a single-line solution. ? Crosstalk timing shifts must be within crosstalk budget. ? Single-line topology is modified to model coupling where appropriate. ? Different line width / spacing rules are evaluated for timing impact. ? Result is line width / spacing rules for layout.
Devices = Fast and Slow
Terminators are +/-1ohm

今天终于弄懂了PCB高速电路板设计的方法和技巧

[讨论]今天终于弄懂了PCB高速电路板设计的方法和技巧受益匪浅啊 电容, 最大功率, 技巧 高速电路设计技术阻抗匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配,并且得到最大功率输出的一种工作状态。高速PCB布线时,为了防止信号的反射,要求线路的阻抗为50Ω。这是个大约的数字,一般规定同轴电缆基带50Ω,频带75Ω,对绞线则为100Ω,只是取整数而已,为了匹配方便。根据具体的电路分析采用并行AC端接,使用电阻和电容网络作为端接阻抗,端接电阻R要小于等于传输线阻抗Z0,电容C必须大于100pF,推荐使用0.1UF的多层陶瓷电容。电容有阻低频、通高频的作用,因此电阻R不是驱动源的直流负载,故这种端接方式无任何直流功耗。 串扰是指当信号在传输线上传播时,因电磁耦合对相邻的传输线产生不期望的电压噪声干扰。耦合分为容性耦合和感性耦合,过大的串扰可能引起电路的误触发,导致系统无法正常工作。根据串扰的一些特性,可以归纳出几种减小串扰的方法: 1、加大线间距,减小平行长度,必要时采用jog 方式布线。 2、高速信号线在满足条件的情况下,加入端接匹配可以减小或消除反射,从而减小串扰。 3、对于微带传输线和带状传输线,将走线高度限制在高于地线平面范围要求以内,可以显著减小串扰。 4、在布线空间允许的条件下,在串扰较严重的两条线之间插入一条地线,可以起到隔离的作用,从而减小串扰。传统的PCB设计由于缺乏高速分析和仿真指导,信号的质量无法得到保证,而且大部分问题必须等到制版测试后才能发现。这大大降低了设计的效率,提高了成本,在激烈的市场竞争下显然是不利的。于是针对高速PCB设计,业界人士提出了一种新的设计思路,成为“自上而下”的设计方法,经过多方面的方针分析和优化,避免了绝大部分可能产生的问题,节省了大量的时间,确保满足工程预算,产生高质量的印制板,避免繁琐而高耗的测试检错等。利用差分线传输数字信号就是高速数字电路中控制破坏信号完整性因素的一项有效措施。在印制电路板(PCB抄板)上的差分线,等效于工作在准TEM模的差分的微波集成传输线对。其中,位于PCB顶层或底层的差分线等效于耦合微带线,位于多层PCB内层的差分线,等效于宽边耦合带状线。数字信号在差分线上传输时是奇模传输方式,即正负两路信号的相位差是180,而噪声以共模的方式在一对差分线上耦合出现,在接受器中正负两路的电压或电流相减,从而可以获得信号消除共模噪声。而差分线对的低压幅或电流驱动输出实现了高速集成低功耗的要求。

电路设计实验报告

电子技术课程设计 题目: 班级: 姓名: 合作者:

数字电子钟计时系统 一、设计要求 用中、小规模集成电路设计一台能显示时、分、秒的数字电子钟,基本要求如下: 1、采用LED显示累计时间“时”、“分”、“秒”。 2、具有校时功能。 二、设计方案 数字电子钟主要由振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器等几部分组成,其整体框图为 其中,秒信号发生器为:

由石英晶体发出32768Hz的振荡信号经过分频器,即CD4060——14级串行二进制计数器/分频器和振荡器,输出2Hz 的振荡信号传入D触发器,经过2分频变为秒信号输出。 校时电路为: 当K1开启时,与非门一端为秒信号另一端为高电位,输出即为秒信号秒计数器正常工作,当K1闭合,秒信号输出总为0,实现秒暂停。 当K2/K3开启时,分信号/时信号输入由秒计数器输出信号及高电平决定,所以输出信号即为分信号/时信号,当K2/K3闭合时,秒信号决定分信号/时信号输出,分信号/时信号输出与秒信号频率一致, 以实现分信号/时信号的加速校时。 秒、分计数器——60进制

首先,调节CD4029的使能端,使其为十进制加法计数器。将输入信号脉冲输入第一个 计数器(个位计数器)计十个数之后将,进位输出输给下一个计数器(十位计数器)的进位 输入实现十秒计数。当计数器的Q1,Q2输出均为1时经过与门电路,输出高电平,作为分 脉冲或时脉冲并同时使两计数器置零。 时计数器——24进制 时脉冲 首先,调节CD4029的使能端,使其为十进制加法计数器。将输入信号脉冲输入第一个 计数器(个位计数器)计十个数之后将,进位输出输给下一个计数器(十位计数器)的进位 输入实现十秒计数。当十位计数器Q1和个位计数器Q2输出均为1时经过与门电路,输出 高电平使两计数器置零。 译码显示电路

北航电子电路设计数字部分实验报告

电子电路设计数字部分实验报告 学院: 姓名:

实验一简单组合逻辑设计 实验内容 描述一个可综合的数据比较器,比较数据a 、b的大小,若相同,则给出结果1,否则给出结果0。 实验仿真结果 实验代码 主程序 module compare(equal,a,b); input[7:0] a,b; output equal; assign equal=(a>b)1:0; endmodule 测试程序

module t; reg[7:0] a,b; reg clock,k; wire equal; initial begin a=0; b=0; clock=0; k=0; end always #50 clock = ~clock; always @ (posedge clock) begin a[0]={$random}%2; a[1]={$random}%2; a[2]={$random}%2; a[3]={$random}%2; a[4]={$random}%2; a[5]={$random}%2; a[6]={$random}%2; a[7]={$random}%2; b[0]={$random}%2; b[1]={$random}%2; b[2]={$random}%2; b[3]={$random}%2; b[4]={$random}%2;

b[5]={$random}%2; b[6]={$random}%2; b[7]={$random}%2; end initial begin #100000 $stop;end compare m(.equal(equal),.a(a),.b(b)); endmodule 实验二简单分频时序逻辑电路的设计 实验内容 用always块和@(posedge clk)或@(negedge clk)的结构表述一个1/2分频器的可综合模型,观察时序仿真结果。 实验仿真结果

电子电路设计软件

电子电路设计软件 我们大家可能都用过试验板或者其他的东西制作过一些电子制做来进行实践。但是有的时候,我们会发现做出来的东西有很多的问题,事先并没有想到,这样一来就浪费了我们的很多时间和物资。而且增加了产品的开发周期和延续了产品的上市时间从而使产品失去市场竞争优势。有没有能够不动用电烙铁试验板就能知道结果的方法呢?结论是有,这就是电路设计与仿真技术。 说到电子电路设计与仿真工具这项技术,就不能不提到美国,不能不提到他们的飞机设计为什么有很高的效率。以前我国定型一个中型飞机的设计,从草案到详细设计到风洞试验再到最后出图到实际投产,整个周期大概要10年。而美国是1年。为什么会有这样大的差距呢?因为美国在设计时大部分采用的是虚拟仿真技术,把多年积累的各项风洞实验参数都输入电脑,然后通过电脑编程编写出一个虚拟环境的软件,并且使它能够自动套用相关公式和调用长期积累后输入电脑的相关经验参数。这样一来,只要把飞机的外形计数据放入这个虚拟的风洞软件中进行试验,哪里不合理有问题就改动那里,直至最佳效果,效率自然高了,最后只要再在实际环境中测试几次找找不足就可以定型了,从他们的波音747到F16都是采用的这种方法。空气动力学方面的数据由资深专家提供,软件开发商是IBM,飞行器设计工程师只需利用仿真软件在计算机平台上进行各种仿真调试工作即可。同样,他们其他的很多东西都是采用了这样类似的方法,从大到小,从复杂到简单,甚至包括设计家具和作曲,只是具体软件内容不同。其实,他们发明第一代计算机时就是这个目的(当初是为了高效率设计大炮和相关炮弹以及其他计算量大的设计)。 电子电路设计与仿真工具包括SPICE/PSPICE;multiSIM7;Matlab;SystemView;MMICAD LiveWire、Edison、Tina Pro Bright Spark等。下面简单介绍前三个软件。 ①SPICE(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis):是由美国加州大学推出的电路分析仿真软件,是20世纪80年代世界上应用最广的电路设计软件,1998年被定为美国国家标准。1984年,美国MicroSim 公司推出了基于SPICE的微机版PSPICE(Personal-SPICE)。现在用得较多的是PSPICE6.2,可以说在同类产品中,它是功能最为强大的模拟和数字电路混合仿真EDA软件,在国内普遍使用。最新推出了PSPICE9.1版本。它可以进行各种各样的电路仿真、激励建立、温度与噪声分析、模拟控制、波形输出、数据输出、并在同一窗口内同时显示模拟与数字的仿真结果。无论对哪种器件哪些电路进行仿真,都可以得到精确的仿真结果,并可以自行建立元器件及元器件库。 ②multiSIM(EWB的最新版本)软件:是Interactive Image Technologies Ltd在20世纪末推出的电路仿真软件。其最新版本为multiSIM7,目前普遍使用的是multiSIM2001,相对于其它EDA软件,它具有更加形象直观的人机交互界面,特别是其仪器仪表库中的各仪器仪表与操作真实实验中的实际仪器仪表完全没有两样,但它对模数电路的混合仿真功能却毫不逊色,几乎能够100%地仿真出真实电路的结果,并且它在仪器仪表库中还提供了万用表、信号发生器、瓦特表、双踪示波器(对于multiSIM7还具有四踪示波器)、波特仪(相当实际中的扫频仪)、字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换仪、失真度分析仪、频谱分析仪、网络分析仪和电压表及电流表等仪器仪表。还提供了我们日常常见的各种建模精确的元器件,比如电阻、电容、电感、三极管、二极管、继电器、可控硅、数码管等等。模拟集成电路方面有各种运算放大器、其他常用集成电路。数字电路方面有74系列集成电路、4000系列集成电路、等等还支持自制元器件。MultiSIM7还具有I-V分析仪(相当于真实环境中的晶体管特性图示仪)和Agilent信号发生器、Agilent万用表、Agilent 示波器和动态逻辑平笔等。同时它还能进行VHDL仿真和Verilog HDL仿真。 ③MATLAB产品族:它们的一大特性是有众多的面向具体应用的工具箱和仿真块,包含了完整的函数集用来对图像信号处理、控制系统设计、神经网络等特殊应用进行分析和设计。它具有数据采集、报告生成和

高速电路设计的经典案例

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高速数字设计的经典案例若干则
【摘要】 随着这些年半导体工艺突飞猛进的发展, “高速数字设计”对广大硬件工程师来说,已经不再是一 个陌生的词。从航空、雷达到汽车电子,从无线通信到有线接入,甚至在一些低端的嵌入式系统上,高 速数字电路都已经在大行其道。 目前行业内已经有不少关于高速数字电路理论的好文章, 笔者就不在这 上面掺和了。 本文着眼于理论和实际相结合, 所用的素材都来自笔者亲历过的案例, 相信活生生的事实, 比空洞的理论更有说服力,也希望能使入行不久的硬件工程师们得到他们想要的信息,今后少走弯路。 由于不会对理论作过多的阐述, 因此, 本文的阅读对象应该具有一点点高速数字设计的理论基础, 请知。 【关键词】 高速数字设计 高速数字电路 案例
1 信号完整性
什么词汇在高速数字设计中出现得最多?对了,SI(Signal Integrity),也就是信号完整性。信 号完整性问题的表现形式多种多样,主要有如下种类:
图 1 过冲(OVERSHOOT)
图 2 振铃(RING)
图 3 非单调性(NON MONOTONIC)
过冲: 当较快的信号沿驱动一段较长的走线, 而走线拓扑上又没有有效的匹配时, 往往会产生过冲。 过冲带来的问题主要是“1”电平高于接收端器件的输入最大电压值(VIHmax),或“0”电平低于接收端 器件的输入最小电压值(VILmin),这样可能给器件带来潜在的累积性伤害,缩短其工作寿命,从而影响 产品的长期稳定性。
Smarteebit
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电路分析设计综合设计报告

NANCHANG UNIVERSITY 电路分析实验报告 (2020年6月16日) 题目:电子琴设计制作 摘要 社会不断向前发展进步,音乐也逐渐成为我们生活中至关重要的一部分。我们清楚,有一种很常见的键盘乐器——电子琴,它是电子技术和音乐相结合所形成的共同体。在各个领域中,电子琴都扮演着很重要的角色,并且它已经融入现代人们的日常生活中,渐渐成为不可替代的一部分。

利用本学期电工电子学所学的知识,我们完全可以做出简易的电子琴。利用电路知识加持软硬件实现电子琴的诸多功能,进而将电子琴微型化。本文则是利用一个神奇的电路构建了一个简易电子琴,其中的核心器件是NE555芯片,以键盘、蜂鸣器等作为外围部件。它是由很多个不同音阶的电子琴构成的,可以达到多重奏的效果。本次实验中利用到了LM324芯片,NE555芯片,运算放大器,电路串并联等电路知识,在实践中又加深了对电路知识的理解。 关键词:电子琴;555芯片;电路 Abstract As society continues to advance, music has gradually become a vital part of our lives.We know that there is a very common keyboard instrument, the electronic organ, which is a combination of electronic technology and music.In various fields, electronic organ plays a very important role, and it has been integrated into modern People's Daily life, gradually become an irreplaceable part. With the knowledge of electrical and electronics this semester, we can make a simple electronic organ.Many functions of electronic organ are realized by using the hardware and software of circuit knowledge, and then the electronic organ is miniaturized.This paper USES a magic circuit to build a simple electronic organ, the core device is NE555 chip, with keyboard, buzzer as peripheral components.It is composed of many different scales of electronic organ, can achieve the effect of multiple ensemble.In this experiment, LM324 chip,NE555 chip, operational amplifier, circuit series and parallel circuit knowledge was used, which deepened the understanding of circuit knowledge in practice. Key words: electronic organ;555 chips;circuit 目录 项目背景及目标 (1) 一、基本原理:................................................................................................................... - 2 -

直流稳压电源电路的设计实验报告

直流稳压电源电路的设计实验报告 一、实验目的 1、了解直流稳压电源的工作原理。 2、设计直流稳压电路,要求输入电压:220V 市电,50Hz ,用单变压器设计并制作能够输出一组固定+15V 输出直流电压和一组+1.2V~+12V 连续可调的直流稳压电源电路,两组输出电流分别I O ≥500mA 。 3、了解掌握Proteus 软件的基本操作与应用。 二、实验线路及原理 1、实验原理 (1)直流稳压电源 直流稳压电源是一种将220V 工频交流电转换成稳压输出的直流电的装置,它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。一般由电源变压器、整流滤波电路及稳压电路所组成,基本框图如下: 图2-1 直流稳压电源的原理框图和波形变换 其中: 1)电源变压器:是降压变压器,它将电网220V 交流电压变换成符合需要的交流电压,并送给整流电路,变压器的变比由变压器的副边电压确定,变压器副边与原边的功率比为P2/P1=n ,式中n 是变压器的效率。 2)整流电路:利用单向导电元件,把50Hz 的正弦交流电变换成脉动的直流电。 3)滤波电路:可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除,从而得到比较平滑的直流电压。滤波电路滤除较大的波纹成分,输出波纹较小的直流电压U1。 4)稳压电路:其工作原理是利用稳压管两端的电压稍有变化,会引起其电流有较大变化这一特点,通过调节与稳压管串联的限流电阻上的压降来达到稳定输出电压的目的。稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定,不随交流电网电压和负载的变化而变化。 (2)整流电路 常采用二极管单相全波整流电路,电路如图2-2所示。在u2的正半周,二极管D1、D2导通,D3、D4截止;u2的负半周,D3、D4导通,D1、D2截止。正负半周部都有电流流过的负载电阻RL ,且方向是一致的。电路的输出波形如图2-3所示。 t

微电子电路课程设计

课程设计报告 微电子电路 带有源负载的共源极放大器与带有源负载的cascode 放大器 集成电路设计 目录 1.课程设计目的···································页码3 2.课程设计题目描述和要求·························页码3 3.设计思路·······································页码4 4.带有源负载的共源极放大器设计过程及结果·········页码5 5.带有源负载的cascode放大器设计过程及结果·······页码7 6.心得体会·······································页码9 7.参考书目·······································页码9

2 1.课程设计目的 深刻理解课本上学到的知识,建立各个章节的知识体系之间的联系。 加强动手能力和运用课本知识理论解决问题的能力。 对于放大器的性能和参数有更深刻的理解和掌握。 2.课程设计题目描述和要求 分析如图这样的带有源负载的共源极放大器与带有源负载的cascode 放大器的开环增益,3dB 频宽,单位增益频率。其中负载电容为3PF ,电源电压为5V ,要求CS 放大器的开环增益大于30dB ,cascode 放大器的开环增益大于60 dB 。对仿真结果进行分析,功耗小于2mW 。 Vdd C

3 Vdd C 3.设计思路:根据题目要求来计算以cs 放大器为例 ⑴功率不超过2mW ,电源为 5v ,得到总电流不能超过400uA 。 ⑵开始分配给ID 的电流为50u 运用了镜像电流源,电流大小之比为2,在长度一定时候的宽度之比也是2,故在右边电路的id 为100u ⑶根据公式 对于n 管来说,预估一个过驱动电压0.4v (大约0.2-0.5v )均可。计算出来n 管宽长比为11.26,取11。因为实验中给定了n 管的阈值电压为0.723v ,所以,可以确定栅源电压为1.1v 左右。 对于p 管来说,预估一个过驱动电压为0.5v (大约0.2-0.5v )均可。经过计算,p 管的宽长比为11.59,取12 。

基本运算电路设计实验分析报告

基本运算电路设计实验报告

————————————————————————————————作者:————————————————————————————————日期:

实验报告 课程名称:电路与模拟电子技术实验指导老师:成绩:__________________ 实验名称:基本运算电路设计实验类型:______ _同组学生姓名:__________ 一、实验目的和要求(必填)二、实验内容和原理(必填) 三、主要仪器设备(必填)四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析(必填) 七、讨论、心得 一、实验目的和要求 1. 掌握集成运放组成的比例、加法和积分等基本运算电路的设计。 2. 掌握基本运算电路的调试方法。 3. 学习集成运算放大器的实际应用。 二、实验内容和原理(仿真和实验结果放在一起) 1、反相加法运算电路: 12 12 12 12 12 = () f o I I f f f o I I I I I u u u R R R R R u u u R R + +=- =-+ 当R1=R2时, 12 1 () f o I I R u u u R =-+ ,输出电压与Ui1,Ui2之 和成正比,其比例系数为1 f R R ,电阻R’=R1//R2//Rf。 2、减法器(差分放大电路) 专业:机械电 子工程 姓名:许世飞

11o I f u u u u R R ----= 由于虚短特性有:2 3 23 321231 1233211 11,() I f f o I I f f o I I f u u u R R R R R R u u u R R R R R R R R R u u u R R R -+== ?+?? =+ - ?+??===-=因此解得:时,有可见,当时,输出电压等于出入电压值差。 3、由积分电路将方波转化为三角波: 电路中电阻R2的接入是为了抑制由IIO 、VIO 所造成的积分漂移,从而稳定运放的输出零点。在t<<τ2(τ2=R2C )的条件下,若vS 为常数,则vO 与t 将近似成线性关系。因此,当vS 为方波信号并满足Tp<<τ2时(Tp 为方波半个周期时间),则vO 将转变为三角波,且方波的周期越小,三角波的线性越好,但三角波的幅度将随之减小。 4 、同相比例计算电压运算特性: 电压传输特性是表征输入与输出之间的关系曲线,即vO= f(vS) 。同相比例运算电路是由集成运放组成的同相放大电路,其输出与输入成比例关系, 但输出信号的大小受集成运放的最

高速电路设计参考(包含器件选择以及走线)

高速电路设计规则参考(初稿) 张工 2015/3/8 高速电路完整性分析: 信号完整性是指在电路设计中互连线引起的所有问题,它主要研究互连线的电气特性参数与数字信号的电压电流波形相互作用后,如何影响到产品性能的问题。主要表现在对时序的影响、信号振铃、信号反射、近端串扰、远端串扰、开关噪声、非单调性、地弹、电源反弹、衰减、容性负载、电磁辐射、电磁干扰等。(引用于博士对信号完整性的理解)同时,归根到底,信号失真源自于信号传输过程的阻抗变化,因此假如一个信号的传输途径处处阻抗匹配且均衡,这信号的质量可以很好保留,不过实际中不能完全做到,但可以通过注意这些问题从而是信号质量有所改善,另外在多次阻抗改变和跌落之后信号会出现信号振铃、信号反射、上冲以及下冲等现象,此时可以通过一些有效的方法避免。 以下将从信号完整性的层面出发,介绍以下一些高速电路的设计规则参考: 一、器件选型及布局 1电容选型 1.1不同容值电容搭配 通常情况下有经验的工程师都知道一般电源入口处都会搭配容量大小不一样的 电容进行去耦或储能,但经常一知半解,因为从理论计算,大小电容并联就是两 个电容的容值相加,没有什么作用。不过现实中由于制作工艺以及封装的不同, 不同容值的电容其ESL和ESR是不同的,其谐振频率也不同。 因此在信号频率小于其器件的谐振频率时电容表现出容性,当信号频率大于器件的 谐振频率时电容表现为感性,因此高速电路中大电容常常由于谐振频率较低,表现 出感性特性,此时电路中的电容将被大大削弱了去耦特性。因此通过搭配不同容值 的电容可以在较大范围内满足电路的需求。同时尽量选用小ESL的电容。

通常设计中可以通过搭配不同数量级的电容改善去耦效果。 1.2电容封装 同样容量的不同封装形式的电容其谐振频率也不同,通常小封装的电容等效串联电感更低,效串联电感基本相同电容有更低的等效串联电感。某型号陶瓷电容的ESL和ESR 测量值如下: 因此高速电路中尽量选用小封装的器件进行设计。 2电容的布局 2.1电容去耦半径和电容的摆放位置 有经验的工程师都会知道电容布局时小电容需要尽量靠近电源入口,大电容就可以放的远一点,这是因为电容对电源进行去耦时其存在一个去耦范围,即“去耦半径”。超过该电容的去耦半径时的其将起不到去耦半径。同时大容值的电容的去耦半径大,小电容的去耦半径小。例如某电路中0.001UF的陶瓷电容的去耦半径大概为2.4厘米。其去耦半径大小不仅与器件本身,同时还跟焊接的电路有关,不过起主导作用的是容值。 2.2降低EMI时电容的连线 随着工作频率升高,滤波器件的感抗和PCB线路感抗开始呈现,且频率越高感抗越大,对供电回路的纹波影响越明显,因此需要选用感抗小的小容量电容提供良好的去耦。同时还应缩短滤波电容两端到负载的电源与地的距离,尽可能将去耦电容和负载器件放置在同一层。为降低EMI,也应尽量减小电源线和地回路之间包围的面积。 以下图例都是说明如何设计良好的去耦电路拓扑结构和布线策略。

电子电路综合设计实验报告

电子电路综合设计实验报告 实验5自动增益控制电路的设计与实现 学号: 班序号:

一. 实验名称: 自动增益控制电路的设计与实现 二.实验摘要: 在处理输入的模拟信号时,经常会遇到通信信道或传感器衰减强度大幅变化的情况; 另外,在其他应用中,也经常有多个信号频谱结构和动态围大体相似,而最大波幅却相差甚多的现象。很多时候系统会遇到不可预知的信号,导致因为非重复性事件而丢失数据。此时,可以使用带AGC(自动增益控制)的自适应前置放大器,使增益能随信号强弱而自动调整,以保持输出相对稳定。 自动增益控制电路的功能是在输入信号幅度变化较大时,能使输出信号幅度稳定不变或限制在一个很小围变化的特殊功能电路,简称为AGC 电路。本实验采用短路双极晶体管直接进行小信号控制的方法,简单有效地实现AGC功能。 关键词:自动增益控制,直流耦合互补级,可变衰减,反馈电路。 三.设计任务要求 1. 基本要求: 1)设计实现一个AGC电路,设计指标以及给定条件为: 输入信号0.5?50mVrm§ 输出信号:0.5?1.5Vrms; 信号带宽:100?5KHz; 2)设计该电路的电源电路(不要际搭建),用PROTE软件绘制完整的电路原理图(SCH及印制电路板图(PCB 2. 提高要求: 1)设计一种采用其他方式的AGC电路; 2)采用麦克风作为输入,8 Q喇叭作为输出的完整音频系统。 3. 探究要求: 1)如何设计具有更宽输入电压围的AGC电路; 2)测试AGC电路中的总谐波失真(THD及如何有效的降低THD 四.设计思路和总体结构框图 AGC电路的实现有反馈控制、前馈控制和混合控制等三种,典型的反馈控制AGC由可变增益放大器(VGA以及检波整流控制组成(如图1),该实验电路中使用了一个短路双极晶体管直接进行小信号控制的方法,从而相对简单而有效实现预通道AGC的功能。如图2,可变分压器由一个固定电阻R和一个可变电阻构成,控制信号的交流振幅。可变电阻采用基极-集电极短路方式的双极性晶体管微分电阻实现为改变Q1电阻,可从一个由电压源V REG和大阻值电阻F2组成的直流源直接向短路晶体管注入电流。为防止Rb影响电路的交流电压传输特性。R2的阻值必须远大于R1。

电路板设计制作实习报告

电路板设计制作实习报告 一、实习时间:200x.1.2——200x.1.11 二、实习地点:xx工业大学电气楼 三、指导老师: 四、实习目的: 通过二个星期的电子实习,对绘制原理图pcb图打印曝光显影腐蚀钻孔焊接门铃电路工作原理等有了一个基本的了解,对制作元器件收音机的装机与调试有一定的感性和理性认识,打好了日后学习计算机硬件基础。同时实习使我获得了收音机的实际生产知识和装配技能,培养了我理论联系实际的能力,提高了我分析问题和解决问题的能力,增强了独立工作的能力。1.熟悉手工焊锡常用工具的使用及其维护与修理。2.基本掌握手工电烙铁的焊接技术,能够独立的完成简单电子产品的安装与焊接。熟悉电子产品的安装工艺的生产流程。3.熟悉印制电路板设计的步骤和方法,熟悉手工制作印制电板的工艺流程,能够根据电路原理图,元器件实物设计并制作印制电路板。4.熟悉常用电子器件的类别、型号、规格、性能及其使用范围,能查阅有关的电子器件图书。5.能够正确识别和选用常用的电子器件,并且能够熟练使用普通万用表。.了解电子产品的焊接、调试与维修方法。 五、实习内容: 1.用protel绘制作品的原理图.pcb图打印曝光 2.显影腐蚀钻孔焊接门铃电路测试验收 3.收音机的焊接组装测试与验收 4.实习结束,写实习报告 六、焊接顺序与辨认测量 辨认测量:①学会了怎样利用色环来读电阻,然后用万用表来验证读数和实际情况是否一致,再将电阻别在纸上,标上数据,以提高下一步的焊接速度;②学会了怎样测量二极管及怎样辨认二极管的“+”,“—”极,③学会了怎样利用万用表测量三极管的放大倍数,怎样辨认三极管的“b”,“e”,“c”的三个管脚;④学会了电容的辨认及读数,“╫”表示元片电容,不分“+”、“—”极;“┥┣+”表示电解电容(注意:电解电容的长脚为“+”,短脚为“—”)。

电子电路设计的基础知识

电子电路设计的基础知识 一、电子电路的设计基本步骤: 1、明确设计任务要求: 充分了解设计任务的具体要求如性能指标、内容及要求,明确设计任务。 2、方案选择: 根据掌握的知识和资料,针对设计提出的任务、要求和条件,设计合理、可靠、经济、可行的设计框架,对其优缺点进行分析,做到心中有数。 3、根据设计框架进行电路单元设计、参数计算和器件选择: 具体设计时可以模仿成熟的电路进行改进和创新,注意信号之间的关系和限制;接着根据电路工作原理和分析方法,进行参数的估计与计算;器件选择时,元器件的工作、电压、频率和功耗等参数应满足电路指标要求,元器件的极限参数必须留有足够的裕量,一般应大于额定值的1.5倍,电阻和电容的参数应选择计算值附近的标称值。 4、电路原理图的绘制: 电路原理图是组装、焊接、调试和检修的依据,绘制电路图时布局必须合理、排列均匀、清晰、便于看图、有利于读图;信号的流向一般从输入端或信号源画起,由左至右或由上至下按信号的流向依次画出务单元电路,反馈通路的信号流向则与此相反;图形符号和标准,并加适当的标注;连线应为直线,并且交叉和折弯应最少,互相连通的交叉处用圆点表示,地线用接地符号表示。 二、电子电路的组装 电路组装通常采用通用印刷电路板焊接和实验箱上插接两种方式,不管哪种方式,都要注意: 1.集成电路:

认清方向,找准第一脚,不要倒插,所有IC的插入方向一般应保持一致,管脚不能弯曲折断; 2.元器件的装插: 去除元件管脚上的氧化层,根据电路图确定器件的位置,并按信号的流向依次将元器件顺序连接; 3.导线的选用与连接: 导线直径应与过孔(或插孔)相当,过大过细均不好;为检查电路方便,要根据不同用途,选择不同颜色的导线,一般习惯是正电源用红线,负电源用蓝线,地线用黑线,信号线用其它颜色的线;连接用的导线要求紧贴板上,焊接或接触良好,连接线不允许跨越IC或其他器件,尽量做到横平竖直,便于查线和更换器件,但高频电路部分的连线应尽量短;电路之间要有公共地。 4.在电路的输入、输出端和其测试端应预留测试空间和接线柱,以方便测量调试; 5.布局合理和组装正确的电路,不仅电路整齐美观,而且能提高电路工作的可靠性,便于检查和排队故障。 三、电子电路调试 实验和调试常用的仪器有:万用表、稳压电源、示波器、信号发生器等。调试的主要步骤。 1.调试前不加电源的检查 对照电路图和实际线路检查连线是否正确,包括错接、少接、多接等;用万用表电阻档检查焊接和接插是否良好;元器件引脚之间有无短路,连接处有无接触不良,二极管、三极管、集成电路和电解电容的极性是否正确;电源供电包括极性、信号源连线是否正确;电源端对地是否存在短路(用万用表测量电阻)。 若电路经过上述检查,确认无误后,可转入静态检测与调试。 2.静态检测与调试 断开信号源,把经过准确测量的电源接入电路,用万用表电压档监测电源电压,观察有无异常现象:如冒烟、异常气味、手摸元器件发烫,电源短路等,如发现异常情况,立即切断电源,排除故障; 如无异常情况,分别测量各关键点直流电压,如静态工作点、数字电路各输入端和输出端的高、低电平值及逻辑关系、放大电路输入、输出端直流电压等是否在

高速电路设计技术

咼速数字电路设计技术探讨 宏碁计算机桌上型计算机研展处工程师■苏家弘 关于高速数字电路的电气特性,设计重点大略可分为三项:正时(Timing )、信号质量(Signal Quality )与电磁干扰(EMI )的控制。在正时方面,由于数字电路大多依据频率信号来做信号间的同步工作,因此频率本身的准确度与各信号间的时间差都需配合才能正确运作。在高速的世界 里,时间失之毫厘差以千里,严格的控制线长,基版材质等都成为重要的工作。在信号质量方面, 高速电路已不能用传统的电路学来解释。随着频率变高,信号线长已逐渐逼近电磁波长,此时诸 如传输线原理(Tra nsmission Line )的分布电路(Distribute circuit )的概念,需加以引进才能解释并改进信号量测时所看到的缺陷。在电磁干扰方面,则需防范电路板的电磁波过强而干扰到 其它的电器用品。本文将依序介绍这些设计上的重点。 正时(Timing) 如图1,来源(source )芯片(A)发岀一个频率长度(T)的信号a给目标(target)芯片B< 对A的内部机制而言,他发岀或收起信号a是在频率上升一段时间之后,这就是有效持续时间valid delay )。在最坏的情形下,a信号只能持续T-(Tmax-Tmin)的时间。而B芯片,必须在这段持续时间内读入a,那就必须在频率B上升之前,a已存在一段设置时间(setup time ),在上升之后,再持续一段保存时间( hold time )。 要考虑的有以下几点: 1. A与B所收到的频率信号CLK_A与CLK_B是否不同步?亦即是否有频率歪斜( clock skew ) 的现象。 2. 信号a从A传至B所用的传导时间(flight time )需要多少? 3. 频率本身的不稳度(clock jitter )有多少?我们所设计的设置时间与保存时间能否容忍这个误差?传输速度的计算就1、2两点,我们都必须计算信号在电路板上的传导速度才行,但这又和许多系数息息相关, 包括导体(通常为铜箔)的厚度与宽度,基板厚度与其材质的电介系数( permittivity )。尤其以 基板的电介系数的影响最大:一般而言,传导速度与基板电介系数的平方根成反比。 以常见的FR-4而言,其电介系数随着频率而改变,其公式如下: £ =4.97-0.257log 但须注意,此处的参数f不是频率的频率,而是信号在傅立叶转换后所占的频宽。 以Pentium n的频率信号为例,其上升或下降缘速率典型值约在2V/ns,对2.5V的频率信号而言, 从10%到90%的信号水平约需1ns的时间,依公式: BW=0.35/T 可知频宽为350MHz。代入公式可知电介系数大约是 4.57。 如果传导的是两片无穷大的导体所组成的完美传输线,那么传输的速度应为亦即 1.38xm/sec, 或者5.43 in ch/ns。

bandgap电路设计报告

Bandgap电路设计报告 Bandgap电路 1)基准电压产生电路 由于在之前tsmc035工艺电路设计中得到过验证且性能良好,本次带隙基准设计继续采用如下电路结构。 下图电路中,左边蓝色框内是BG的启动电路,属于下拉型。电路上电时,如果输出点电压为0,则M1M3支路无电流,M1栅端电压为高,使得M2导通,将H点电压拉低,从而使电路启动。之后,输出电压约为1.2,则M3导通,M1栅端电压下降,使得M2截止,启动电路不影响主电路的正常工作状态。需要注意的是,M3的W/L较大,M1的W/L较小时,M2可以截止的较彻底,从而降低对主电路的影响。 图一基准电压产生电路 图一中中间部分(M4-M7 & T1T2 & RaRb & OPA)为基准电压产生的主电路,通过Vbe 与ΔVbe的加权组合来实现零温度系数电压。其中运放OPA的作用是提供VN=VP这一电压关系,共源共栅结构提高电流复制精度使得结果更加准确。运放需要注意其正负输入端接入电路的位置,要使得最终形成的环路是负反馈的。M8M9复制一路电流,供给后端的电流产生电路的运放使用。 通过仿真可以发现,此结构的带隙基准的噪声主要来源于运放、M4M5和RaRb,为降低噪声M4M5的过驱动电压取的较大,同时RaRb电阻值取的较小。电阻值较小直接导致两路电流都较大,由于三极管的Vbe电压不能偏离700mv太多(否则电压温度曲线特性不好),需要适当调整T1T2的m值。 另外,这里的运放偏置是由运放的输出电压提供的,同时与M4M5的栅端相连,可以考虑运放内部与外电路也形成电流复制的结构。由于存在环路,我们还必须保持环路的稳定性,考虑到运放需要一定的增益(60dB+)使得VN与VP相等,这里采用两级运放,刚好可以将环路的主极点设置在运放第一级的输出端使环路稳定。根据以上几点的条件,可以得到

集成电路设计实习报告-孙

集成电路版图设计实习报告 学院:电气与控制工程学院 专业班级:微电子科学与工程1101班 姓名:孙召洋 学号:1106080113

一、实验要求: 1. 熟悉Cadence的工作环境。 2. 能够熟练使用Cadence工具设计反相器,与非门等基本电路。 3. 熟记Cadence中的快捷操作。比如说“W”是连线的快捷键。 4. 能够看懂其他人所画的原理图以及仿真结果,并进行分析等。 二、实验步骤: 1、使用用户名和密码登陆入服务器,右击桌面,在弹出菜单中单击open Terminal;在弹出的终端中键入Unix命令icfb&然后按回车启动Cadence。Cadence启动完成后,关闭提示信息。设计项目的建立 2、点击Tools-Library Manager启动设计库管理软件。点击File-New-Library 新建设计库文件。在弹出的菜单项中输入你的设计库的名称,比如My Design,点击OK。选择关联的工艺库文件,点击OK。在弹出的菜单中的Technology Library下拉菜单中选择需要的工艺库,然后单击OK。 3、设计的项目库文件建立完成,然后我们在这个项目库的基础上建立其子项目。点击选择My Design,然后点击File-New-Cell View。输入子项目的名称及子项目的类型,这设计版图之前我们假定先设计原理图:所以我们选择Composer-Schematic,然后点击OK。 4、进入原理图编辑平台,原理图设计,输入器件:点击Instance按键或快捷键I插入器件。查找所需要的器件类型-点击Browse-tsmc35mm-pch5点击Close。更改器件参数,主要是宽和长。点击Hide,在编辑作业面上点击插入刚才设定的器件。如果想改参数器件,点击选择该器件,然后按Q,可以修改参数器件使用同样的方法输入Nmos,工艺库中叫nch5. 点击Wire(narrow)手动连线。完成连线后,输入电源标志和地标志:在analogLib库中选择VDD和GND,输入电源线标示符。接输入输出标示脚:按快捷键P,输入引脚名称in, Direction选择input,点击Hide,并且和输入线连接起来。同理设置输出引脚Out。 5、版图初步建立新的Cell,点击File-New-Cell View 还是建立名称为inv的版图编辑文件,Tool选择Virtuoso版图编辑软件,点击OK,关闭信息提示框。进入版图编辑环境根据之前仿真所得宽长比和反相器inv或与非门NAND的原理图画出反相器inv或与非门NAND的IC版图; 6、完成后使用版图验证系统进行DRC(设计规则检查)。 三、实验设计规则: 1、Linux常用的文件和目录命令: cd //用于切换子目录 pwd//用于显示当前工作子目录 ls//用于列出当前子目录下的所有内容清单 rm//用于删除文件 touch//用于建立文件或是更新文件的修改日期 mkdir//用于建立一个或者几个子目录

关于高速电路设计的几个热门(困惑)观点

关于高速电路设计的几个热门(困惑)观点这一期和大家聊一聊高速电路设计中常见的几个设计观点,当然,对于这一部分可能会有一些工程师有不一样的观点,毕竟每一个人的理解都也不太一样,这也是就本人做过的或者了解到一些其他比较优秀公司的经验和设计习惯做这次分享。主要是总结高速线布线的一些情况。 1、关于松耦合还是紧耦合。只要了解高速电路的工程师都知道,差分线有紧耦合和松耦合之分,很多工程师在此都会纠结。一般SI工程师都会说这要看情况,我也会这么讲。但是从很多产品经验来看,对于差分走线,尽可能使用紧耦合会比较好。但是也有例外的情况,如果整个链路的布线有比较长一段距离无法达到紧耦合的话,这时就最好使用松耦合。图1显示了一对高速差分走线,采用了松耦合。由于最小间隔距离要求(受到SMA连接器的结构限制),在器件下无法采用紧耦合。如果内层采用紧耦合,信号会从紧耦合瞬变成松耦合,这会引起阻抗不连续。 图1. 松耦合和地参考实例 2、关于使用微带线还是带状线。通常,PCB布线分为微带线和带状线。很多资料都在讨论高速信号到底是使用微带线还是带状线,个人认为,布线在哪一层都是可以的,根据需要,如果布线长度较长,那么建议布线在内层(带状线)比较好(损耗和串扰都非常有优势),当然,内层会使信号换层,增加via。带状线还有将信号与其他噪声源相屏蔽的优势。

3、关于布线为圆弧角。现在设计工程师经常流传说高速信号线在设计时,都要使用圆角布线,其实不一定,我们之前做过很多实验,对于不超过10Gbps的信号设计,45°角布线完全可以满足设计要求(SI/EMC),当然,建议不要使用90°拐角,这会带来阻抗不连续性。当然,要是你还是不相信,那么你就去绕圆弧线吧。 4、关于跨分割。大家在学习高速电路设计的时候,不要让高速信号跨过平面分割层。当然,谁又不想有一个完整的平面,但是,当你遇到HDI板的时候,就会遇到不得不跨分割的情况,那么,请大胆的跨吧。记得让布线尽快的跨过gap区域(如图2),切忌在gap上绕线(如图3);如果可以,请就近加一颗合适的电容(猜一猜为什么要一个电容?)。(记住,这是在逼不得已的情况再跨,切记不要胡乱的来回跨,毕竟跨分割会增加返回通路,导致布线电感增加,阻抗变化,进而影响信号完整性) 图2 跨分割平面

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