传输线效应和高速电路PCB设计
56页1、中華大學 通訊系,1,Transmission Line Effects in High Speed Digital PCBs,中華大學 通訊系 田慶誠 tienchu.edu.tw 03 5186030,中華大學 通訊系,2,Introduction of Waves,Vp: Phase velocity,中華大學 通訊系,3,Lumped v.s. Distributed Circuit,Lumped Circuits,中華大學 通訊系,4,Lumped v.s. Distributed Circuit,Definitions of lumped element (1) Input current amplitude = Output current amplitude (2) Input current phase = Output current phase,中華大學 通訊系,5,Lumped v.s. Distributed Circuit,Distributed Circuit,中華大學 通訊系,6,Lumped v.s. Distributed Circuit,What
2、“Distributed” means,中華大學 通訊系,7,Rise Time v.s. Travel Time,Tr: Rise TimeTd: Delay Time,中華大學 通訊系,8,Digital Interconnection Rules,數位工程師的 Rule of thumb Signal path can be treated as: A lumped element, if Tr 6 Td (Short ckt, series resistor, shunt capacitor) A lumped model, if 2.5 Tr/Td 6 (Series inductor with shunt capacitor) A distributed model, if Tr 2.5 Td (Transmission Line or multi-section LC model),中華大學 通訊系,9,Why Tr 6 Td ?,Example: Rs = 0.25 Zo, RL= ,中華大學 通訊系,10,Why Tr 6 Td ?,Multi-reflections
3、 occurred at load Tr = 2 TdTr = 4 Td,中華大學 通訊系,11,Why Tr 6 Td ?,Strong ringingSmooth ripple Tr = 2 TdTr = 4 Td,中華大學 通訊系,12,Example of High-Speed IC Interconnection,CMOS On-chip 1mm interconnection Vp= 0.5c = 150mm/ns Td=1mm/Vp = 0.067ns Rule of Thumb only worked as: Tr 6Td= 0.04ns FCLK (8Tr) -1 = 3GHz Inductance extraction now is very important !,中華大學 通訊系,13,Example of High-Speed IC Interconnection,10mm interconnection between ICs Vp= 0.6c =180mm/ns Td= 10mm/Vp = 0.056ns Rule of Thumb only worked
4、 as: Tr 6Td= 0.33ns FCLK (8Tr) -1 = 375 MHz Distributed analysis now is very important !,中華大學 通訊系,14,Sinusoidal EM Wave,Oscillations in Time,中華大學 通訊系,15,Sinusoidal EM Wave,Wave Motion in Space,中華大學 通訊系,16,Period v.s. Travel Time,Period T = 1/freqTd= L/(freq*) VBB(t) is different from VAA(t),中華大學 通訊系,17,Period v.s. Travel Time,類比工程師的 Rule of thumb Signal path can be treated as: A lumped element, if Td T/20 (Transmission Line or multi-section LC model),中華大學 通訊系,18,Trace v.s. Wavelength,類比工程師的 Rule
5、 of thumb Signal path can be treated as: A lumped element, if L /20 (Transmission Line or multi-section LC model),中華大學 通訊系,19,Example of Radio-Frequency Interconnection,For 1GHz RF signal in PCB circuits Vp= 0.6c =180mm/ns = Vp/freq =180mm Rule of Thumb only worked as: Td T/100 = 0.01ns L /100 = 1.8mm = 71 mil Distributed analysis is needed for RF PCB design !,中華大學 通訊系,20,Component size v.s. Wavelength,中華大學 通訊系,21,Component size v.s. Wavelength,Definitions of lumped element (1) Input current amp
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