Leiterplattentechnisch - Forschung zur Signalintegrität: Spannungstoleranz

In der Designder HochgeschwindigkeitPCB, Ein großer Teil der Arbeit besteht in der Erstellung des Lärmbudgets und der Planung des Lärmpegels, der von verschiedenen Lärmquellen des Systems erzeugt wird. Dabei handelt es sich um ein sehr grundlegendes, aber sehr wichtiges Konzept: Spannungstoleranz.

Spannungstoleranz bezieht sich auf die im schlimmsten Fall auftretende Empfindlichkeitsdifferenz zwischen dem Ausgang des Treibers und dem Eingang des Empfangsenden. Viele Geräte sind Eingangsspannungssensitiv. Die Abbildung zeigt die logische Beziehung zwischen Treiberausgang und Empfängereingangsspannung.

Für das Treiberende ist der Ausgangs-hohe Pegel nicht niedriger als VOH min, und der Ausgangs-niedrige Pegel ist nicht höher als VOL max. Was den Eingang am Empfangsende angeht, so lange er höher als VIH min ist, kann es garantieren, dass Logik 1 zuverlässig empfangen wird, und solange es niedriger als VIL max ist, kann es garantiert werden, Logik 0 zu empfangen. Wenn die Eingangsspannung im Bereich zwischen VIH min und VIL max ist, Es kann vom Empfangskreis als 1 oder 0 beurteilt werden. Daher kann die Eingangsspannung nicht in diesem unsicheren Bereich für den Empfangskreis liegen. In Bezug auf die Beziehung zwischen High-Level-Ausgabe und Input gibt es einen Unterschied zwischen dem minimalen Output-Wert und dem minimal zulässigen Input-Wert. Dieser Wert ist die hohe Spannungstoleranz.

Das heißt: Hochspannungstoleranz.VOH min-VIH min. Ebenso die Niederspannungstoleranz für VIH min-VILmax.

Spannungstoleranz bietet eine Pufferzone für verschiedene unerwünschte Faktoren im Verarbeitungskreissystem, so dass das System Signalverzerrungen im Sende- und Empfangsprozess bis zu einem gewissen Grad tolerieren kann. Spannungstoleranz spielt eine wichtige Rolle bei der Auslegung des Systemrauschbudgets. Das endgültige Gesamtrauschen des Systems kann die Spannungstoleranz nicht überschreiten, andernfalls wird das System nicht normal arbeiten, wenn das Signal in den unsicheren Bereich des Empfangsenden eintritt.

Es wird immer unbefriedigende Faktoren im eigentlichen System geben, die Signalverschlechterung verursachen und Rauschen verursachen. Folgende Situationen führen zu Lärm:

1. Aufgrund der Existenz einer Schleifenimpedanz tritt unweigerlich ein Spannungsabfall in der Schleife auf, was zu einer Erdungspotenzialdifferenz zwischen Logikgeräten führt. Das Signal, das von der Gate-Schaltung gesendet wird, ist ein festes Potential auf dem lokalen Erdungspotential. Wenn es einen Offset zwischen dem Referenzpotential des sendenden und des empfangenden Endes gibt, dann ist das empfangene Potential ein anderes Potential.

2. Der Schwellenwert einiger Logikprodukte ist eine Funktion der Temperatur. Die Signalübertragung von einem Gate mit niedrigerer Temperatur zu einem Gate mit höherer Temperatur kann eine reduzierte Toleranz oder eine negative Toleranz aufweisen.

3. Der sich schnell ändernde Rücksignalstrom fließt durch die Erdungspfadinduktivität und bewirkt, dass sich die Spannung zwischen Logikgeräten ändert. Diese Erdspannungsunterschiede wirken sich auf das empfangene Signalpotential genauso aus wie die oben erwähnte Gleichstrom-Erdpotentialdifferenz. Dies ist eine Form des wahrnehmbaren Übersprechens.

4. Die Signale auf benachbarten Leitungen können durch ihre gegenseitige Kapazität oder gegenseitige Induktivität miteinander gekoppelt werden, was Übersprechen zu einer bestimmten Leitung verursachen kann. Übersprechen wird dem erwarteten Empfangssignal überlagert, wodurch ein gutes Signal auf eine benachbarte Schaltschwelle verschoben werden kann.

5. Klingeln, Reflexionen und lange Linien verzerrten die Form des binären Signals. Verglichen mit dem sendenden Ende erscheint das geänderte Signal am Empfangsende kleiner (oder größer). Toleranz bietet eine gewisse Toleranz für Signalverzerrungen.

Die ersten beiden Situationen werden in allen elektronischen Systemen bestehen, unabhängig von ihrer Betriebsgeschwindigkeit. Letztere drei sind einzigartig für Hochgeschwindigkeitssysteme. Diese drei Hochgeschwindigkeitseffekte ändern sich alle mit der Größe des übertragenen Signals: Je größer der Signalrückstrom, desto höher ist die verursachte Erdpotentialdifferenz. Je größer die Signalspannung (oder Strom), desto mehr Übersprechen wird erzeugt, und je größer das Übertragungssignal, desto ernster sind die Klingeln und Reflexionen. Daher wird, unabhängig davon, ob es sich um ein Low-Speed- oder High-Speed-System handelt, unvermeidlich Rauschen eingeführt, und die Spannungstoleranz gibt dem System Raum zur Anpassung.