电磁兼容与高速电路设计1-2.pdf

电磁兼容与高速电路设计 信号与信息处理研究所 李大宇 2012.9 第一章基本知识  1-1 再来认识一下数字信号  1-2 频率与时间  1-3 时间与距离  1-4 集总系统与分布系统  1-5 -3dB频率与上升时间  1-6 信号完整性（Signal Integrity ）  1-7 四种电抗  1-8 高速数字系统中的电阻、电容和电感元 件 1-7 四种电抗  四种电路概念将高速数字电路的研究与低速数字电路区分开来。这就是：电 容，电感，互容和互感。这四种概念对于描述和理解数字电路元件在高速应 用时的行为非常有用。  电容和电感的研究可以有多种方法：  微波工程师使用Maxwell方程来进行研究；  系统工程设计师则用Laplace变换；  Spice模拟的拥护者使用线性微分方程；  数字系统工程师则喜欢用阶跃响应。 阶跃响应测量会告诉我们当脉冲输入到一个电路元件时所发生的的情况， 这正是我们需要知道的。需要的话，我们可以从阶跃响应中导出电路元件的 输入阻抗随频率的变化曲线。从这个意义上讲，阶跃响应测量至少与其他任 何频域测量阻抗的方法一样有效。 对电容、电感的研究将集中在电路元件的阶跃响应方面。 电路元件的阶跃响应  下图给出了一个经典的双端口元件阶跃响应的测量方案。图中的阶跃信号源 具有的输出阻抗。被测元件与阶跃信号源并联相接。实际测量中，阶跃输入 信号是重复出现的（相当于一个序列方波），则测量结果可对称地显示在示 波器上。通过观察被测元件的阶跃响应，可以大致了解元件的特性。如下是 一个基本的判定规则：  电阻：呈现一个平的阶跃响应，在时间零点，输出信号上升到一个固定电平，并 且保持在该电平，呈稳定状态。  电容：呈现一个上升的阶跃响应，在时间零点，输出信号为零，然后上升到一个 呈稳定值  电感：呈现一个下降的阶跃响应，在时间零点，输出信号瞬间上升到最大值，然 后衰减到零。  电容，电感，互容和互感  阻抗效应（容抗和感抗两者）通常分为两个范畴：  普通的（Ordinary ） 普通的电容和电感（简称：电容和电感）的概念表征了个体元件（双端口 元件）的行为。  相互的（Mutual） 互容和互感概念则被用来描述一个元件是如何影响另一个元件。在数字电 子学中，互容和互感常常产生人们所不希望的串扰（Crosstalk ），而串 扰应该被减少到最小。  取决于具体的电路应用，简单的互容或互感可以是我们 希望的有用元件，也可能是所不希望的有害元件。 一. 电容  任何两个导体，只要它们被充电到不同的电位，导致两个 导体之间存在着一个电位差，形成了一个电场，则两个导 体之间就存在着电容。 Q C V  电场中存储的能量由驱动电路提供。由于驱动电路的能源总是 有限的，两导体之间的电压在有限的时间内会达到一个稳定值。 阻止电压随注入能量迅速增长或衰减的阻力被称为电容，本质 上是导体间在一定电压下存储电荷能力的度量。 一个理想电容器的阶跃响应  右图给出了一个理想电容器上的电 压和电流波形。电容的阶跃响应随 时间上升。当电压阶跃信号刚刚加 上时，大量的能量流入电容来建立 电场。初始进入电容的电流相当大， 阻抗，即：比值Y(t)/I(t) 相当小。在 一个短时间尺度上，可以将电容看 作为一个短路电路。  比值Y(t)/I(t) 随着时间逐步增大，电 流越来越小，渐进变为零，电容开 始被看作为一个开路电路。最终， 电容上的电场完全形成。