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电路医生 | 一个数据端口波形把人难住了,问题究竟出在哪?

2017/02/01
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阅读需 8 分钟
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前段时间,一位外地研究所的同行朋友发来一张波形图(图 1),问是什么原因导致的这个上升沿和下降沿畸变。当时,简单看了下就给了个答复,说是端口电容和走线电感引起的问题。然后友人也没细问,这事就过去了。不知道是不是有一点觉得还不算太熟悉,不好意思问太多,还是这个问题的影响不是很严重不考虑过份深究,反正总之当时就这样放过去了。

昨晚,在从上海回北京的高铁上,6 个小时的车程,前四个小时在睡觉,睡了个昏天黑地,醒来实在无聊,但又珍惜生命苦短,来日又不是可以肆无忌惮挥霍般的很长,就打开电脑,分析了下这个问题,做了一个简单的仿真。还原了该波形的发生机理。

一般导线都有一个高频特性,可以将其理解为小电感和小电阻的串联,既然是电感,其对线上信号就会有影响,毕竟电感是抑制电流变化的器件。

而一般的数字电路输入端口,有可以理解成有一个 Pin-Gnd 的对地电容,以及一个输入跟随器特性,用于做输入阻抗变换的。

以上走线的特性和器件的输入等效特性合并在一起,就有了如下图 2 的电路特性图。V4 输出的 10MHz 方波信号相当于数字电路上一级的信号输出。

经过运行仿真后,示波器测得接收 pin 管脚接收端的变异波形。图 3 中的标号 3 和 4 处,不就正好是图 1 种标号 1 和 2 的特征嘛!

通过改变 R2、L2、C1 的值,可以多次模拟出实际布线中走线长短发生变化、布线宽度调整、器件输入电容 Cin 变化所引起的波形变异特征,正所谓“运筹键盘之上,掌控电路之中”。

体会有二:一是仿真软件真的很不错;二是电路微观的高频等效特性很值得了解和研究。

本文授权转载自“武晔卿”,如需转载请联系“武晔卿”微信公共帐号。

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建有微信公众号“武晔卿”,关注领域包括电子可靠性设计与测试技术以及EMC干扰抑制滤波器组件,就职于瑞迪航科(北京)技术有限公司,咨询技术和产品可联系:237681844@qq.com。总结:我的快乐人生可以复制。