PCB科技 - 信號完整性研究：電壓容限

在 設計高速的印刷電路板, 大部分工作是進行雜訊預算並規劃系統各種雜訊源產生的雜訊級. 這涉及一個非常基本但非常重要的概念：電壓公差.

電壓容差是指驅動器輸出和接收端輸入之間最壞情况下的靈敏度差。 許多設備對輸入電壓敏感。 該圖顯示了驅動器輸出和接收器輸入電壓之間的邏輯關係。

對於驅動端，輸出高電平不低於VOH min，輸出低電平不高於VOL max。對於接收端的輸入，只要高於VIH min，就可以保證可靠地接收邏輯1，只要低於VIL max，就可以保證接收邏輯0。 如果輸入電壓在VIH min和VIL max之間，則接收電路可將其判斷為1或0。 囙此，接收電路的輸入電壓不能處於該不確定區域。 就高級輸出和輸入之間的關係而言，最小輸出值和最小允許輸入值之間存在差异。 該值為高電平電壓公差。

即：高電平電壓公差=VOH min VIH min。同樣，低電平電壓公差=VIH min VILmax。

電壓容差為處理電路系統中的各種不良因素提供了緩衝區，使系統能够在一定程度上容忍發送和接收過程中的訊號失真。 電壓容差在系統雜訊預算設計中起著重要作用。 系統的最終總雜訊不能超過電壓容限，否則，當訊號進入接收端的不確定區域時，系統將無法正常工作。

在實際系統中總會存在一些不令人滿意的因素，這些因素會導致訊號退化並引入雜訊。 以下情况會產生譟音：

1、由於回路阻抗的存在，回路中不可避免地會出現電壓降，導致邏輯器件之間的地電位差。 門電路發送的訊號是本地接地電位上的固定電位。 如果發送端和接收端的參攷電勢之間存在偏移，則接收電勢將是另一個電勢。

2、某些邏輯產品的閾值水准是溫度的函數。 從溫度較低的閘門到溫度較高的閘門的訊號傳輸可能具有减小的公差或負公差。

快速變化的返回訊號電流流過接地通路電感，導致邏輯器件之間的接地電壓發生變化。 這些接地電壓差對接收訊號電位的影響與上述直流接地電位差的影響相同。 這是一種感知相聲。

相鄰線路上的訊號可能通過其互電容或互感相互耦合，這可能導致對指定線路的串擾。 串擾疊加在預期接收訊號上，這可能會將良好訊號移動到相鄰的切換閾值。

振鈴、反射和長線扭曲了二進位訊號的形狀。 與發送端相比，接收端的變化訊號顯得更小（或更大）。 公差為訊號失真提供了一定的公差。

前兩種情况將存在於所有電子系統中，無論其運行速度如何。 後3種是高速系統所獨有的。 這3種高速效應都隨傳輸訊號的大小而變化：訊號返回電流越大，引起的接地電位差越大。 訊號電壓（或電流）越大，產生的串擾越大，傳輸訊號越大，振鈴和反射越嚴重。 囙此，無論是低速還是高速系統，都不可避免地會引入雜訊，並且電壓容差為系統提供了調整空間。