48個(gè)必須知道的高速電路設(shè)計(jì)基本概念

1、信號(hào)完整性（Signal Integrity）：就是指電路系統(tǒng)中信號(hào)的質(zhì)量，如果在要求的時(shí)間內(nèi)，信號(hào)能不失真地從源端傳送到接收端，我們就稱該信號(hào)是完整的。

2、傳輸線（Transmission Line）：由兩個(gè)具有一定長(zhǎng)度的導(dǎo)體組成回路的連接線，我們稱之為傳輸線，有時(shí)也被稱為延遲線。

3、集總電路（Lumped circuit）：在一般的電路分析中，電路的所有參數(shù)，如阻抗、容抗、感抗都集中于空間的各個(gè)點(diǎn)上，各個(gè)元件上，各點(diǎn)之間的信號(hào)是瞬間傳遞的，這種理想化的電路模型稱為集總電路。

4、分布式系統(tǒng)(Distributed System)：實(shí)際的電路情況是各種參數(shù)分布于電路所在空間的各處，當(dāng)這種分散性造成的信號(hào)延遲時(shí)間與信號(hào)本身的變化時(shí)間相比已不能忽略的時(shí)侯，整個(gè)信號(hào)通道是帶有電阻、電容、電感的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，這就是一個(gè)典型的分布參數(shù)系統(tǒng)。

5、上升 / 下降時(shí)間（Rise/Fall Time）：信號(hào)從低電平跳變?yōu)楦唠娖剿枰臅r(shí)間，通常是量度上升 / 下降沿在 10%-90%電壓幅值之間的持續(xù)時(shí)間，記為 Tr。

6、截止頻率（Knee Frequency）：這是表征數(shù)字電路中集中了大部分能量的頻率范圍（0.5/Tr），記為 Fknee，一般認(rèn)為超過(guò)這個(gè)頻率的能量對(duì)數(shù)字信號(hào)的傳輸沒(méi)有任何影響。

7、特征阻抗（Characteristic Impedance）：交流信號(hào)在傳輸線上傳播中的每一步遇到不變的瞬間阻抗就被稱為特征阻抗，也稱為浪涌阻抗，記為 Z0?？梢酝ㄟ^(guò)傳輸線上輸入電壓對(duì)輸入電流的比率值(V/I)來(lái)表示。

8、傳輸延遲（Propagation delay）：指信號(hào)在傳輸線上的傳播延時(shí)，與線長(zhǎng)和信號(hào)傳播速度有關(guān)，記為 tPD。

9、微帶線（Micro-Strip）：指只有一邊存在參考平面的傳輸線。

10、帶狀線（Strip-Line）：指兩邊都有參考平面的傳輸線。

11、趨膚效應(yīng)（Skin effect）：指當(dāng)信號(hào)頻率提高時(shí)，流動(dòng)電荷會(huì)漸漸向傳輸線的邊緣靠近，甚至中間將沒(méi)有電流通過(guò)。與此類似的還有集束效應(yīng)，現(xiàn)象是電流密集區(qū)域集中在導(dǎo)體的內(nèi)側(cè)。

12、反射（Reflection）：指由于阻抗不匹配而造成的信號(hào)能量的不完全吸收，發(fā)射的程度可以有反射系數(shù)ρ表示。

13、過(guò)沖 / 下沖（Over shoot/under shoot）：過(guò)沖就是指接收信號(hào)的第一個(gè)峰值或谷值超過(guò)設(shè)定電壓——對(duì)于上升沿是指第一個(gè)峰值超過(guò)最高電壓；對(duì)于下降沿是指第一個(gè)谷值超過(guò)最低電壓，而下沖就是指第二個(gè)谷值或峰值。

14、振蕩：在一個(gè)時(shí)鐘周期中,反復(fù)的出現(xiàn)過(guò)沖和下沖,我們就稱之為振蕩。振蕩根據(jù)表現(xiàn)形式可分為振鈴（Ringing）和環(huán)繞振蕩，振鈴為欠阻尼振蕩,而環(huán)繞振蕩為過(guò)阻尼振蕩。

15、匹配（Termination）：指為了消除反射而通過(guò)添加電阻或電容器件來(lái)達(dá)到阻抗一致的效果。因?yàn)橥ǔ２捎迷谠炊嘶蚪K端，所以也稱為端接。

16、振鈴：1、振鈴效應(yīng)（Ringingeffect）就是影響復(fù)原圖像質(zhì)量的眾多因素之一，其典型表現(xiàn)是在圖像灰度劇烈變化的臨域出現(xiàn)類吉布斯（Gibbs）分布的震蕩。2、振鈴現(xiàn)象，來(lái)源于變壓器漏感和寄生電容引起的阻尼振蕩。由于變壓器的初級(jí)有漏感，當(dāng)電源開(kāi)關(guān)管由飽和導(dǎo)通到截止關(guān)斷時(shí)會(huì)產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)，反電動(dòng)勢(shì)又會(huì)對(duì)變壓器初級(jí)線圈的分布電容進(jìn)行充放電，從而產(chǎn)生阻尼振蕩，即產(chǎn)生振鈴。變壓器初級(jí)漏感產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)的電壓幅度一般都很高，其能量也很大，如不采取保護(hù)措施，反電動(dòng)勢(shì)一般都會(huì)把電源開(kāi)關(guān)管擊穿，同時(shí)反電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的阻尼振蕩還會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁輻射，不但對(duì)機(jī)器本身造成嚴(yán)重干擾，對(duì)機(jī)器周邊環(huán)境也會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁干擾。

17、串?dāng)_：串?dāng)_是指當(dāng)信號(hào)在傳輸線上傳播時(shí)，因電磁耦合對(duì)相鄰的傳輸線產(chǎn)生的不期望的電壓噪聲干擾，這種干擾是由于傳輸線之間的互感和互容引起的。

18、信號(hào)回流（Return current）：指伴隨信號(hào)傳播的返回電流。

19、自屏蔽（Self shielding）：信號(hào)在傳輸線上傳播時(shí)，靠大電容耦合抑制電場(chǎng)，靠小電感耦合抑制磁場(chǎng)來(lái)維持低電抗的方法稱為自屏蔽。

20、前向串?dāng)_（Forward Crosstalk）：指干擾源對(duì)犧牲源的接收端產(chǎn)生的第一次干擾，也稱為遠(yuǎn)端干擾(Far-end crosstalk)。

21、后向串?dāng)_（Forward Crosstalk）：指干擾源對(duì)犧牲源的發(fā)送端產(chǎn)生的第一次干擾，也稱為近端干擾(Near-end crosstalk)。

22、屏蔽效率（SE）：是對(duì)屏蔽的適用性進(jìn)行評(píng)估的一個(gè)參數(shù)，單位為分貝。吸收損耗：吸收損耗是指電磁波穿過(guò)屏蔽罩的時(shí)候能量損耗的數(shù)量。

23、反射損耗：反射損耗是指由于屏蔽的內(nèi)部反射導(dǎo)致的能量損耗的數(shù)量，他隨著波阻和屏蔽阻抗的比率而變化。

24、校正因子：表示屏蔽效率下降的情況的參數(shù)，由于屏蔽物吸收效率不高，其內(nèi)部的再反射會(huì)使穿過(guò)屏蔽層另一面的能量增加，所以校正因子是個(gè)負(fù)數(shù)，而且只使用于薄屏蔽罩中存在多個(gè)反射的情況分析。

25、差模 EMI：傳輸線上電流從驅(qū)動(dòng)端流到接收端的時(shí)候和它回流之間耦合產(chǎn)生的 EMI，就叫做差模 EMI。

26、共模 EMI：當(dāng)兩條或者多條傳輸線以相同的相位和方向從驅(qū)動(dòng)端輸出到接收端的時(shí)候，就會(huì)產(chǎn)生共模輻射，既共模 EMI。

27、發(fā)射帶寬：即最高頻率發(fā)射帶寬，當(dāng)數(shù)字集成電路從邏輯高低之間轉(zhuǎn)換的時(shí)候，輸出端產(chǎn)生的方波信號(hào)頻率并不是導(dǎo)致 EMI 的唯一成分。該方波中包含頻率范圍更寬廣的正弦諧波分量，這些正弦諧波分量是工程師所關(guān)心的 EMI 頻率成分，而最高的 EMI 頻率也稱為 EMI 的發(fā)射帶寬。

28、電磁環(huán)境：存在于給定場(chǎng)所的所有電磁現(xiàn)象的總和。

29、電磁騷擾：任何能引起裝置、設(shè)備或系統(tǒng)性能降低或者對(duì)有生命或者無(wú)生命物質(zhì)產(chǎn)生損害作用的電磁現(xiàn)象。

30、電磁干擾：電磁騷擾引起設(shè)備、傳輸通道和系統(tǒng)性能的下降。

31、電磁兼容性：設(shè)備或者系統(tǒng)在電磁環(huán)境中能正常工作且不對(duì)該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力。

32、系統(tǒng)內(nèi)干擾：系統(tǒng)中出現(xiàn)由本系統(tǒng)內(nèi)部電磁騷擾引起的電磁干擾。

33、系統(tǒng)間干擾：有其他系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁干擾對(duì)一個(gè)系統(tǒng)造成的電磁干擾。

34、靜電放電：具有不同靜電電位的物體相互接近或者接觸時(shí)候而引起的電荷轉(zhuǎn)移。

35、建立時(shí)間（Setup Time）：建立時(shí)間就是接收器件需要數(shù)據(jù)提前于時(shí)鐘沿穩(wěn)定存在于輸入端的時(shí)間。

34、保持時(shí)間（Hold Time）：為了成功的鎖存一個(gè)信號(hào)到接收端，器件必須要求數(shù)據(jù)信號(hào)在被時(shí)鐘沿觸發(fā)后繼續(xù)保持一段時(shí)間，以確保數(shù)據(jù)被正確的操作。這個(gè)最小的時(shí)間就是我們說(shuō)的保持時(shí)間。

36、飛行時(shí)間（Flight Time）：指信號(hào)從驅(qū)動(dòng)端傳輸?shù)浇邮斩?，并達(dá)到一定的電平之間的延時(shí)，和傳輸延遲和上升時(shí)間有關(guān)。

37、Tco：是指器件的輸入時(shí)鐘邊緣觸發(fā)有效到輸出信號(hào)有效的時(shí)間差，這是信號(hào)在器件內(nèi)部的所有延遲總和，一般包括邏輯延遲和緩沖延遲。緩沖延遲（buffer delay）：指信號(hào)經(jīng)過(guò)緩沖器達(dá)到有效的電壓輸出所需要的時(shí)間

38、抖動(dòng)（Jitter）：信號(hào)的某特定時(shí)刻從其理想時(shí)間位置上的短期偏離為抖動(dòng)。

39、時(shí)鐘抖動(dòng)（Clock Jitter）：時(shí)鐘抖動(dòng)是指時(shí)鐘觸發(fā)沿的隨機(jī)誤差，通常可以用兩個(gè)或多個(gè)時(shí)鐘周期之間的差值來(lái)量度，這個(gè)誤差是由時(shí)鐘發(fā)生器內(nèi)部產(chǎn)生的，和后期布線沒(méi)有關(guān)系。

40、時(shí)鐘偏移（Skew）：是指由同樣的時(shí)鐘產(chǎn)生的多個(gè)子時(shí)鐘信號(hào)之間的延時(shí)差異。

假時(shí)鐘: 假時(shí)鐘是指時(shí)鐘越過(guò)閾值(threshold)無(wú)意識(shí)地改變了狀態(tài)(有時(shí)在 VIL 或 VIH 之間)。通常由于過(guò)分的下沖(undershoot)或串?dāng)_(crosstalk)引起。

41、電源完整性(Power Integrity)： 指電路系統(tǒng)中的電源和地的質(zhì)量。

42、同步開(kāi)關(guān)噪聲（Simultaneous Switch Noise）：指當(dāng)器件處于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，產(chǎn)生瞬間變化的電流（di/dt），在經(jīng)過(guò)回流途徑上存在的電感時(shí)，形成交流壓降，從而引起噪聲，簡(jiǎn)稱 SSN。也稱為Δi 噪聲。

43、地彈（Ground Bounce）：指由于封裝電感而引起地平面的波動(dòng)，造成芯片地和系統(tǒng)地不一致的現(xiàn)象。同樣，如果是由于封裝電感引起的芯片和系統(tǒng)電源差異，就稱為電源反彈（Power Bounce）。

44、PLL, Phase Locked Loops,鎖相環(huán)路，是一種反饋控制系統(tǒng)，也是閉環(huán)跟蹤系統(tǒng)，其輸出信號(hào)的頻率跟蹤輸入信號(hào)的頻率。當(dāng)輸出信號(hào)頻率與輸入信號(hào)頻率相等時(shí)，輸出電壓與輸入電壓保持固定的相位差值。它由鑒相器(PD, Phase Detector)、環(huán)路濾波器(LP, Loops Filter)、和壓控振蕩器(VCO, Voltage Control Oscillator)三部分組成。

45、CRU(Clock Recovery Unit)，時(shí)鐘恢復(fù)單元, 當(dāng)需要測(cè)試一個(gè)高速串行信號(hào)眼圖時(shí)，需要一個(gè)時(shí)鐘恢復(fù)單元，從被測(cè)信號(hào)中恢復(fù)出 . 事實(shí)上，一個(gè)真實(shí)的高速器件內(nèi)部就有一個(gè)時(shí)鐘恢復(fù)單元

46、ISI: Inter-Symbol interference 碼間干擾，不同長(zhǎng)度的連續(xù)“1”與“0”在帶寬有限的系統(tǒng)中受到不同的衰減，導(dǎo)致長(zhǎng)連續(xù)的“1”或“0”到達(dá)比短“1”與短“0”更高的電平，在接續(xù)這些長(zhǎng)“1”或長(zhǎng)“0”后的跳變，信號(hào)需要比短“1”與短“0”更多的時(shí)間才能到達(dá)門限電平，這些時(shí)間上的偏離就導(dǎo)致信號(hào)的抖動(dòng)，不同長(zhǎng)短“1”與“0”之間的干擾導(dǎo)致數(shù)據(jù)相關(guān)抖動(dòng)即 ISI。

47、DCD: Data dependant distortion 數(shù)據(jù)信賴失真（占空比失真），因上升沿速率與下降沿速率的不對(duì)稱性所造成的時(shí)鐘周期上的偏離，即占空比失真。

48、眼圖，是一些列數(shù)字信號(hào)在示波器上累積而顯示的圖形。它包含豐富的信息，體現(xiàn)了數(shù)字信號(hào)的整體特征，能夠很好的評(píng)估數(shù)字信號(hào)的品質(zhì)，因而眼圖分析是高速互聯(lián)系統(tǒng)信號(hào)完整性分析的核心。

審核編輯 黃昊宇