容性负载的反射
发布时间:2008/10/17 0:00:00 访问次数:1242
所有的实际接收器都有输入门电容,接收器的封装引线与返回路径间也可能存在电容,这样就相当于在传输线的末端端接了一个容性负载,如图1所示。系统的响应波形与单纯开路完全不同,因为,电容是一个与时间相关的负载,它的瞬态阻抗随时间变化而变化,时域中电容的阻抗为
式中,vc,=vl表示电容器两端的瞬态电压,c为电容量。
图1 容性末端负载的反射
如果信号上升速度快于电容充电速度,那么在信号上升沿刚刚到达时电容两端电压将迅速上升,阻抗很小。随着电容不断充电,电容两端的电压变化率缓慢下降,电容阻抗明显增大,时间足够长后,电容充电饱和,就相当于开路。
瞬态阻抗决定反射系数,随着电容充电到饱和,反射系数也经历由-1到1的变化,这种变化带来波形的特殊变化情形,如图2和图3所示给出了当末端电容分别为0pf、2pf、5pf、10pf时,仿真得到源端电压vinput及负载电压vl的波形。
图2 末端负载电容变化时的源端电压
图3 末端负载电容变化时的接收端电压
可见,容性负载的存在给接收端信号带来了下冲噪声及上升时间的变长。事实上,就像通过电阻向电容充电,充电过程的10%~90%的上升时间记为
其中,zo为传输线特性阻抗。容性负载将给接收端信号的10%~90%的上升时间带来时延。例如,电容为2pf,传输线阻抗为50ω时,时延约为0.2 ns。对于上升时间ins的信号,无足轻重,但对于上升时间0,1 ns的信号,从图3所示中就可以看出它的影响。此外,电容越大,其影响也就越大。
除终端电容外,测试焊盘、过孔、拐角、桩线等还会在均匀传输线的中途引入容性加载阻抗,用“hyperlynx”仿真如图4所示的电路得到的结果如图4所示。可以看出,此电容带来的危害有欠冲及振铃,尤其是欠冲,会随着电容的增大变得越来越厉害。
图4 均匀传输线的中途引入容性阻抗
不管是末端端接电容还是中途的不连续性寄生电容,都将造成欠冲及延长上升沿时间的问题,所以必须控制电路中的容性负载。首先,上述影响是由容性阻抗的负反射造成的,定义在信号上升边沿的瞬时容抗为
当信号上升沿到达此电容时,这个并联在信号路径和返回路径之间的容抗会引起负反射。为了尽量减小这种不连续的影响,并联阻抗越大越好,通常要求加载电容的容抗zg远远大于传输线特性阻抗zo,即
zc>>zo
图5 中途容性负载变化时的接收端波形
根据经验,定义
zc>5zo
也就是说,电路中允许并联跨接的最大电容为
可见,随着时钟频率的升高和上升沿的变短,对电路中寄生并联电容的限制越来越大,也给pcb设计和元件选择提出更高的要求。
欢迎转载,信息来自维库电子市场网(www.dzsc.com)
所有的实际接收器都有输入门电容,接收器的封装引线与返回路径间也可能存在电容,这样就相当于在传输线的末端端接了一个容性负载,如图1所示。系统的响应波形与单纯开路完全不同,因为,电容是一个与时间相关的负载,它的瞬态阻抗随时间变化而变化,时域中电容的阻抗为
式中,vc,=vl表示电容器两端的瞬态电压,c为电容量。
图1 容性末端负载的反射
如果信号上升速度快于电容充电速度,那么在信号上升沿刚刚到达时电容两端电压将迅速上升,阻抗很小。随着电容不断充电,电容两端的电压变化率缓慢下降,电容阻抗明显增大,时间足够长后,电容充电饱和,就相当于开路。
瞬态阻抗决定反射系数,随着电容充电到饱和,反射系数也经历由-1到1的变化,这种变化带来波形的特殊变化情形,如图2和图3所示给出了当末端电容分别为0pf、2pf、5pf、10pf时,仿真得到源端电压vinput及负载电压vl的波形。
图2 末端负载电容变化时的源端电压
图3 末端负载电容变化时的接收端电压
可见,容性负载的存在给接收端信号带来了下冲噪声及上升时间的变长。事实上,就像通过电阻向电容充电,充电过程的10%~90%的上升时间记为
其中,zo为传输线特性阻抗。容性负载将给接收端信号的10%~90%的上升时间带来时延。例如,电容为2pf,传输线阻抗为50ω时,时延约为0.2 ns。对于上升时间ins的信号,无足轻重,但对于上升时间0,1 ns的信号,从图3所示中就可以看出它的影响。此外,电容越大,其影响也就越大。
除终端电容外,测试焊盘、过孔、拐角、桩线等还会在均匀传输线的中途引入容性加载阻抗,用“hyperlynx”仿真如图4所示的电路得到的结果如图4所示。可以看出,此电容带来的危害有欠冲及振铃,尤其是欠冲,会随着电容的增大变得越来越厉害。
图4 均匀传输线的中途引入容性阻抗
不管是末端端接电容还是中途的不连续性寄生电容,都将造成欠冲及延长上升沿时间的问题,所以必须控制电路中的容性负载。首先,上述影响是由容性阻抗的负反射造成的,定义在信号上升边沿的瞬时容抗为
当信号上升沿到达此电容时,这个并联在信号路径和返回路径之间的容抗会引起负反射。为了尽量减小这种不连续的影响,并联阻抗越大越好,通常要求加载电容的容抗zg远远大于传输线特性阻抗zo,即
zc>>zo
图5 中途容性负载变化时的接收端波形
根据经验,定义
zc>5zo
也就是说,电路中允许并联跨接的最大电容为
可见,随着时钟频率的升高和上升沿的变短,对电路中寄生并联电容的限制越来越大,也给pcb设计和元件选择提出更高的要求。
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