高速电路设计学习总结1

1.1 如何区别高速和低速：

误区一：信号周期频率 Fclock高的才是高速设计

事实上,设计中需要考虑的最高频率往往取决于信号的有效频率(或称转折频率)FKnee



Fclock = 1/Tclock

Fknee = 0.35/Tr(10%~90%)     (？：有些说是 0.5)

Tr是信号时钟T的10%~90%的上升时间；（根据傅立叶变换得到的）

注：

(1)    在没有现成的电路下，没办法测出Tr，此时，可假设信号的上升时间为信号周期的7%，即Fknee
约为信号周期频率 Fclock
的7倍。

(2)    上一点对高频信号（eg:1GHz以上的信号）并不成立，极高频信号的上升沿很缓，上升时间甚至可能达到信号周期的20%，因此，再利用Fknee
的计算公式已经没有意义，同时，判断极高频信号属于高速还是低速，本身就没有意义。

(3)    对所有的高速信号，应视做传输线处理。

误区二：电容、电感是理想的器件

1、  低速电路中，C两端被视为断路，而在高速电路中，假定其工作频率为F，则电容C表现出的电抗值为 1/（2πFC），当F很大时，电容表现为短路；同理电感在低速中表现为短路，在高速电路中将表现断路。

以下 2、3、4 后续研究：

2、高速与低速的区分,不仅取决于信号的有效频率;还取决于信号传输路径的长度.

一般而言,当L＜U*1/6，为低速信号，反之为高速信号

其中，L为信号传输路径的长度(即信号线的长度)，U为信号线的有效长度

3、信号线的有效长度U

         U=(0.35/F knee)/D   

D:是信号在PCB上的走线延时（ps/inch），即信号在PCB上传输速度的倒数。

4、如何计算D

空气的传输速度为300000 000m/s，介电常数Er=1，以介电常数Er=4.5的PCB材质为例，铜线的传输速度为141000 000m/s，由于1m=39.37inch，所以传输速度为5550000 000inch/s即D为180ps/inch。

注：电信号在真空中的传播速度是光速，3 *10^8 m/s or 11.8 inch/ns .在其他的介质中，如果相对介电系数是Er ，则传播速度为 11.8 / Er^0.5，单位inch/ns。

2.1 电阻的应用

1、案例一：串阻过大导致板间告警失败

                   R1=1Kohm，R2=100ohm，R3=1Kohm



业务板提供低电平0，到 74LVTH16244 1却得到 1.7V，主要R1 过大，导致(R1+R2)分

压 3.3V，所以将 R1 改为 33ohm，74LVTH16244 就得到低电平

2、案例二：电阻额定功率不够



该电路中选用的 R 为 0402，1/16W，其最大能流过的电流为62.5mA。而该电源最大

功耗 300mW，即最大电流 200mA，所以长时间电阻会爆裂

 

注1：对噪声特别敏感的电源可用 LC
滤波，如时钟的电源等，上图中该电源对噪声等

干扰特别敏感，因此选用 LC 滤波电路，还在 L 后加一个 1ohm 的电阻 R。

LC 滤波电路滤除高频噪声，R
又能衰减全频段噪声

 

注2：在类似的应用中电阻还有一个作用是降低电路的品质因数 Q。

Q 值定义：回路发生谐振时，储存能量与一个周期内消耗能量之比。



从图中，Q 值越大，能量越集中，表现为电路传递函数的模 |H(jw)| 的值越接近 1，电

路的损耗越小。

以下 2 种电路中希望 Q 值大：

在储能电路中，Q 值越大，意味着损耗越小

在选频电路中，Q 值越大，意味着滤除其他信号的能力越强

以下电路，Q 值小较好：

在电源或信号电路中，Q 值越大，通频带内特性曲线越陡，越容易引发振铃现象，信

号通过这种回路会发生失真，所以希望 Q
值小

 

3、电阻的应用 4 个关注点：

(1) 电阻的阻值

(2) 电阻的尺寸

(3) 电阻的额定功率

(4) 电阻的精度