單片機硬件參數(shù)設(shè)計解析
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信號質(zhì)量表現(xiàn)為幾個方面。對于大家熟知的頻率、周期、占空比、過沖、振鈴、上升時間、下降時間等，在此就不作詳細介紹了。下面主要介紹幾個重要概念。
①高電平時間（high time），指在一個正脈沖中高于Vih_min部分的時間。
②低電平時間（low time），指在一個負脈沖中低于Vil_max部分的時間，如圖3所示。
③建立時間（setup time），指一個輸入信號（input signal）在參考信號（reference signal）到達指定的轉(zhuǎn)換前必須保持穩(wěn)定的最短時間。
④保持時間（hold time），是數(shù)據(jù)在參考引腳經(jīng)過指定的轉(zhuǎn)換后，必須穩(wěn)定的最短時間，如圖4所示。
⑤建立時間裕量（setup argin），指所設(shè)計系統(tǒng)的建立時間與接收端芯片所要求的最小建立時間的差值。
⑥保持時間裕量（hold argin），指所設(shè)計系統(tǒng)的保持時間與接收端芯片所要求的最小保持時間之間的差值。
⑦時鐘偏移（clock skew），指不同的接收設(shè)備接收到同一時鐘驅(qū)動輸出之間的時間差。
⑧Tco（time clock to output，時鐘延遲），是一個定義包括一切設(shè)備延遲的參數(shù)，即Tco=內(nèi)部邏輯延遲 （internal logic delay） + 緩沖器延遲（buffer delay）。
⑨最大經(jīng)歷時間（Tflightmax），即final switch delay，指在上升沿，到達高閾值電壓的時間，并保持高電平之上，減去驅(qū)動所需的緩沖延遲。
⑩最小經(jīng)歷時間（Tflightmin），即first settle delay，指在上升沿，到達低閾值電壓的時間，減去驅(qū)動所需的緩沖延遲。
時鐘抖動（clock jitter），是由每個時鐘周期之間不穩(wěn)定性抖動而引起的。一般由于PLL在時鐘驅(qū)動時的不穩(wěn)定性引起，同時，時鐘抖動引起了有效時鐘周期的減小。
串擾（crosstalk）。鄰近的兩根信號線，當其中的一根信號線上的電流變化時（稱為aggressor，攻擊者），由于感應電流的影響，另外一根信號線上的電流也將引起變化（稱為victim，受害者）。
SI是個系統(tǒng)問題，必須用系統(tǒng)觀點來看。以下是將問題的分解。
◆ 傳輸線效應分析：阻抗、損耗、回流……
◆ 反射分析：過沖、振鈴……
◆ 時序分析：延時、抖動、SKEW……
◆ 串擾分析
◆ 噪聲分析：SSN、地彈、電源下陷……
◆ PI設(shè)計：確定如何選擇電容、電容如何放置、PCB合適疊層方式……
◆ PCB、器件的寄生參數(shù)影響分析
◆ 端接技術(shù)等
3 電源完整性PI
PI的提出，源于當不考慮電源的影響下基于布線和器件模型而進行SI分析時所帶來的巨大誤差，相關(guān)概念如下。
◆ 電子噪聲，指電子線路中某些元器件產(chǎn)生的隨機起伏的電信號。
◆ 地彈噪聲。當PCB板上的眾多數(shù)字信號同步進行切換時(如CPU的數(shù)據(jù)總線、地址總線等)，由于電源線和地線上存在阻抗，會產(chǎn)生同步切換噪聲，在地線上還會出現(xiàn)地平面反彈噪聲(簡稱地彈)。SSN和地彈的強度也取決于集成電路的I/O特性、PCB板電源層和地平面層的阻抗以及高速器件在PCB板上的布局和布線方式。負載電容的增大、負載電阻的減小、地電感的增大、同時開關(guān)器件數(shù)目的增加均會導致地彈的增大。
◆ 回流噪聲。只有構(gòu)成回路才有電流的流動，整個電路才能工作。這樣，每條信號線上的電流勢必要找一個路徑，以從末端回到源端。一般會選擇與之相近的平面。由于地電平面（包括電源和地）分割，例如地層被分割為數(shù)字地、模擬地、屏蔽地等，當數(shù)字信號走到模擬地線區(qū)域時，就會產(chǎn)生地平面回流噪聲。
◆ 斷點，是信號線上阻抗突然改變的點。如用過孔（via）將信號輸送到板子的另一側(cè)，板間的垂直金屬部分是不可控阻抗，這樣的部分越多，線上不可控阻抗的總量就越大。這會增大反射。還有，從水平方向變?yōu)榇怪狈较虻?0°的拐點是一個斷點，會產(chǎn)生反射。如果這樣的過孔不能避免，那么盡量減少它的出現(xiàn)。
在一定程度上，我們只能減弱因電源不完整帶來的系列不良結(jié)果，一般會從降低信號線的串繞、加去耦電容、盡量提供完整的接地層等措施著手。
4 EMC
EMC包括電磁干擾和電磁抗干擾兩個部分。
一般數(shù)字電路EMS能力較強，但是EMI較大。電磁兼容技術(shù)的控制干擾，在策略上采用了主動預防、整體規(guī)劃和“對抗”與“疏導”相結(jié)合的方針。
主要的EMC設(shè)計規(guī)則有：
① 20H規(guī)則。PowerPlane（電源平面）板邊緣小于其與GroundPlane（地平面）間距的20倍。
② 接地面處理。接地平面具有電磁學上映象平面(ImagePlane) 的作用。若信號線平行相鄰于接地面，可產(chǎn)生映像電流抵消信號電流所造成的輻射場。PCB上的信號線會與相鄰的接地平面形成微波工程中常見的Micro-strip Line（微帶線）或Strip Line（帶狀線）結(jié)構(gòu)，電磁場會集中在PCB的介質(zhì)層中，減低電磁輻射。
因為，Strip Line的EMI性能要比Micro-strip Line的性能好。所以，一些輻射較大的走線，如時鐘線等，最好走成Strip Line結(jié)構(gòu)。
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