1、前言

　　

　　本文討論的高速電路主要指的是高速數(shù)字電路，也包括一些模擬無(wú)源器件，但不適合模擬有源器件。它有2方面的含義：

　　

　　設(shè)計(jì)電路的頻率高一般認(rèn)為如果數(shù)字邏輯電路的頻率達(dá)到或者超過(guò)50 MHz，而且工作在這個(gè)頻率之上的電路占到整個(gè)系統(tǒng)的1/3之上，則稱為高速電路。如果系統(tǒng)中僅僅有系統(tǒng)時(shí)鐘等極少數(shù)信號(hào)工作在這樣高的頻率，那么它仍然不屬于高速電路的領(lǐng)域。

　　

　　設(shè)計(jì)電路中的數(shù)字信號(hào)跳變很快通常約定是當(dāng)數(shù)字信號(hào)上升或下降時(shí)間小于信號(hào)周期的5%時(shí)才稱之為高速電路。

　　

　　圖1是某高速電路一根信號(hào)線的波形圖，它表示了電路中這根信號(hào)線中流過(guò)電流的實(shí)際情況。圖中的多個(gè)信號(hào)波形是由于該信號(hào)線接到了許多不同元件的引腳上，因而會(huì)出現(xiàn)多個(gè)信號(hào)的疊加。

　　

　　從圖中不難看出信號(hào)的底部和頂部都有不同程度的益處、不規(guī)則震蕩、預(yù)期范圍內(nèi)的延時(shí)等，這些現(xiàn)象在低速電路設(shè)計(jì)中一般都不會(huì)出現(xiàn)，隨著系統(tǒng)電路速度的提高 ，上述問(wèn)題也就隨之而來(lái)。因此設(shè)計(jì)高速電路就不能像設(shè)計(jì)低速電路那樣簡(jiǎn)單，必須增加一些新的認(rèn)識(shí)、加入一些新的思維才能避免和減少以上情況的發(fā)生。本人在實(shí)際應(yīng)用和參考其他文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)高速電路設(shè)計(jì)有以下幾點(diǎn)考慮。

　　

　　2、時(shí)序配合考慮

　　

　　如今的電子產(chǎn)品大多運(yùn)行在100 MHz甚至更高的頻率，諸如RAM，CPU，F(xiàn)PGA，ASIC以及隨機(jī)邏輯等，所有這些都是對(duì)時(shí)序要求很強(qiáng)的器件，如果它們之間時(shí)序的配合不符合指定要求，那么就很容易導(dǎo)致系統(tǒng)工作紊亂，因此對(duì)高速電路設(shè)計(jì)應(yīng)該考慮的一個(gè)問(wèn)題就應(yīng)是時(shí)序配合問(wèn)題。

　　

　　時(shí)序配合主要體現(xiàn)在：信號(hào)的建立時(shí)間和保持時(shí)間違反標(biāo)準(zhǔn)、小脈寬不符合要求以及系統(tǒng)中有多相時(shí)鐘時(shí)所造成的相位重疊等。在高速電路設(shè)計(jì)中，信號(hào)的周期一般只有ns級(jí)的寬度，此時(shí)要保證時(shí)鐘信號(hào)與數(shù)據(jù)信號(hào)之間做到準(zhǔn)確的配合已非易事，再加之器件本身或多或少的會(huì)存在各種參數(shù)的漂移、分散等等，就更難以實(shí)現(xiàn)不同時(shí)序信號(hào)之間的相互配合。針對(duì)以上所言，對(duì)高速電路的設(shè)計(jì)首先應(yīng)考慮設(shè)計(jì)前的功能仿真驗(yàn)證，從理論上認(rèn)真分析各個(gè)信號(hào)所到之處能否滿足預(yù)期指標(biāo)。其次是核對(duì)時(shí)序電路中各器件是否滿足自身的時(shí)序要求，對(duì)所有涉及到的器件都應(yīng)使用高頻測(cè)試儀器認(rèn)真核對(duì)、校驗(yàn)器件自身的各個(gè)參數(shù)。

　　

　　3、信號(hào)完整性考慮

　　

　　任何電路設(shè)計(jì)之前都應(yīng)考慮到電路設(shè)計(jì)完成之后系統(tǒng)中各信號(hào)的完整性，即SI(Signal Integrity)，也稱為信號(hào)質(zhì)量。在高速電路設(shè)計(jì)中這一點(diǎn)更加重要，如果事先沒(méi)有加以充分考慮，就很容易造成系統(tǒng)中各信號(hào)質(zhì)量嚴(yán)重受損，或者說(shuō)信號(hào)的完整性很容易就會(huì)遭到破壞。下列幾種情況即是在對(duì)高速電路設(shè)計(jì)中影響信號(hào)完整性的幾種表現(xiàn)。

　　

　　3.1信號(hào)之間的串繞

　　

　　串繞的表現(xiàn)形式可由圖2來(lái)說(shuō)明，當(dāng)一根信號(hào)線上有交變的電流通過(guò)時(shí)，周圍就會(huì)產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)，而處于交變磁場(chǎng)中的導(dǎo)線則會(huì)感應(yīng)出一定的電壓信號(hào)，這樣與之相鄰的信號(hào)線上就會(huì)感應(yīng)出相關(guān)的電壓信號(hào)，造成2根信號(hào)線相互影響，從而導(dǎo)致導(dǎo)線中信號(hào)的質(zhì)量下降。信號(hào)線之間串繞的大小主要取決于磁場(chǎng)變化的速率(一般由驅(qū)動(dòng)信號(hào)上升和下降沿的變化律來(lái)決定)、周圍介質(zhì)的介電特性及布線之間的距離等。