時鐘Buffer出的100M算不算高速信號？

之前，和EE的小伙伴交流，談到高速信號。他說：你們SI只要看看那些頻率大于100MHz的信號，什么USB、PCIe就行了，其他的就不用關(guān)心了。那些時鐘Buffer出的100M，那些UART，SPI等低速信號我們就看看線長，隨意管控就行了。

查了查，整理一下市面上對高速信號的相關(guān)定義：

1.頻率大于100MHz的信號；

2.上升沿（或下降沿）小于100ps的信號；

3.上升時間小于5倍的信號傳輸延時。

想一想：時鐘Buffer出的100M，算不算高速信號？

從理論上來說，這個信號是不是高速信號，就是判斷這個信號是否在傳輸過程中有SI 的問題，需不需要管控？

關(guān)于高速信號定義的第一點(diǎn)。頻率大于多少就定性為是否是高速信號，那就是高頻和高速的區(qū)別。高頻是否就是高速？

話不多說，直接上圖：

同樣是1GHz的信號，信號的邊沿越陡峭，高頻分量就越多，就需要管控其信號完整性。同樣，信號的邊沿不陡峭，就不需要管控了，所以頻率大于多少的信號，是否是高速信號，要看情況。不能簡單地認(rèn)為高頻就是高速，不能把高頻和高速混為一談。

接下來講高速信號定義的兩點(diǎn)，都是關(guān)于上升時間有關(guān)。實(shí)際上，SI 的大多數(shù)問題也都是和信號的上升時間（RT）有關(guān)。

上升時間：低電平到高電平，電壓幅值從10%~90%的時間。也有一種說法：20%~80%。我們這里選擇10%~90%。

當(dāng)傳輸線時延大于信號上升邊20%，會有信號完整性問題，振鈴噪聲可能影響電路功能，需要加以管控。反推出，傳輸時延和信號上升時間的關(guān)系：

注：5倍只是一個理論預(yù)估值，不是絕對值

接下來，我們舉例子來說明一下 ：

100 M時鐘的線長，方便計(jì)算，我們這里取10000 mil?？紤]建模搭建的是微帶線，信號傳輸時延取值約為170 ps/in ，時延時間為170 * 10 =1700 ps =1.7 ns。推算出五倍時延為1.7 * 5 =8.5 ns。

微處理的產(chǎn)品，典型的上升邊一般是周期的10%，當(dāng)然也有的是5%，我們這里取10%，得出100 M時鐘信號的上升邊約為1 ns。

8.5 ns 大于信號上升時間1 ns。也就是說，從理論上來看，需要對信號進(jìn)行管控。對比傳輸線長為100 mil時候，時延只有17 ps ，不會對信號產(chǎn)生影響，則不需要管控。

用仿真軟件搭建相關(guān)電路：

第一種情況

仿真出相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的波形：

當(dāng)信號線長為10000 mil時，振鈴現(xiàn)象很嚴(yán)重，阻抗突變帶來很明顯的影響。而信號線長為100 mil時，阻抗突變帶來的變化對信號根本沒有任何影響。

第二種情況

將信號的上升時間調(diào)整為10 ns，10 ns大于 8.5 ns，理論來看，阻抗突變對信號的影響有限。來看一看仿真的結(jié)果：

隨著上升時間變大，阻抗突變對信號的影響可以忽略。

當(dāng)高速信號需要管控的時候，考慮到阻抗不匹配反射對信號質(zhì)量的影響，針對本例來看，需要對鏈路中的過孔和SMT連接器進(jìn)行阻抗優(yōu)化處理，來減少阻抗突變對信號質(zhì)量的影響。

優(yōu)化方式見下圖：

審核編輯：劉清