高速數(shù)字設(shè)計-ch12

1、高速數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計高速數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計2022-2-92022-2-92第一章第一章 基本知識基本知識1-1 信號與信號完整性（信號與信號完整性（Signal Integrity）1-2 頻率與時間頻率與時間1-3 時間與距離時間與距離1-4 -3dB頻率與上升時間頻率與上升時間1-5 集總系統(tǒng)與分布系統(tǒng)集總系統(tǒng)與分布系統(tǒng)1-6 四種電抗四種電抗1-7 高速數(shù)字系統(tǒng)中的電阻、電容和電感元件高速數(shù)字系統(tǒng)中的電阻、電容和電感元件2022-2-931-2 1-2 頻率與時間頻率與時間 電路元件的參數(shù)是對頻率敏感的，在不同的頻率范圍內(nèi)會表現(xiàn)出來不同的特電路元件的參數(shù)是對頻率敏感的，在不同的頻率范圍內(nèi)會表現(xiàn)出

2、來不同的特 性。任何一種電參數(shù)，其數(shù)值僅在一定的頻率范圍內(nèi)有效。性。任何一種電參數(shù)，其數(shù)值僅在一定的頻率范圍內(nèi)有效。f增益 有源有源電路元件參數(shù)的頻率敏感性是比較容易理解的。如運(yùn)算放大器帶寬的電路元件參數(shù)的頻率敏感性是比較容易理解的。如運(yùn)算放大器帶寬的概念，其增益是頻率的函數(shù)，只在一定頻率范圍內(nèi)近似為常數(shù)。概念，其增益是頻率的函數(shù)，只在一定頻率范圍內(nèi)近似為常數(shù)。2022-2-94幾種無源器件的阻抗幾種無源器件的阻抗2022-2-95兩種極端情況兩種極端情況 1. 一個頻率為一個頻率為10-12的正弦波的正弦波 波形變化一個周期需要波形變化一個周期需要3萬年。若輸入到萬年。若輸入到TTL電路，其

3、輸出電壓電路，其輸出電壓 每天變化不到每天變化不到1 V。 任何一個包含這樣低頻率的半導(dǎo)體器件的試驗都會以失敗而告終。任何一個包含這樣低頻率的半導(dǎo)體器件的試驗都會以失敗而告終。在這樣長的時間尺度來看，集成電路只是一小塊氧化硅。在這樣長的時間尺度來看，集成電路只是一小塊氧化硅。 2. 一個頻率為一個頻率為1012的正弦波的正弦波 信號周期為信號周期為1ps，數(shù)字電路根本無法響應(yīng)這個頻率的信號。，數(shù)字電路根本無法響應(yīng)這個頻率的信號。 一些電路參數(shù)發(fā)生變化。如地線的電阻會由于趨膚效應(yīng)由一些電路參數(shù)發(fā)生變化。如地線的電阻會由于趨膚效應(yīng)由0.01 （1KHz）變?yōu)椋┳優(yōu)? ，并且還獲得并且還獲得50 的

4、感應(yīng)電抗。的感應(yīng)電抗。2022-2-96到底多高的到底多高的頻率頻率會影響到高速數(shù)會影響到高速數(shù)字電路的設(shè)計？字電路的設(shè)計？要處理高速數(shù)字信號的需要多要處理高速數(shù)字信號的需要多少帶寬？少帶寬？2022-2-97頻域頻域 時域時域 頻域中的每個諧波分量都是時域中定頻域中的每個諧波分量都是時域中定 義在義在t從從到到上的正弦波。上的正弦波。將所有頻率的正弦波在時域中的每個將所有頻率的正弦波在時域中的每個時間點(diǎn)上進(jìn)行疊加，就可以得到時域中時間點(diǎn)上進(jìn)行疊加，就可以得到時域中的波形。的波形。 任何一個時域的信號，都任何一個時域的信號，都可以用一系列相應(yīng)的正弦波可以用一系列相應(yīng)的正弦波疊加而成。疊加而成。

5、2022-2-98頻域頻域 時域時域 0次次1次諧波次諧波 0次次1次次3次諧波次諧波疊加比較：疊加比較：2022-2-99頻域頻域 時域時域 隨著參與疊加的諧波分量的隨著參與疊加的諧波分量的增加，方波的頂端更平滑，上增加，方波的頂端更平滑，上升時間更短，更接近理想方波。升時間更短，更接近理想方波。疊加比較：疊加比較： 對于實際的波形，包含的諧對于實際的波形，包含的諧波分量越多，或者說信號帶寬波分量越多，或者說信號帶寬越高，信號的上升時間就越小。越高，信號的上升時間就越小。 帶寬的概念本身是一個近似。帶寬的概念本身是一個近似。2022-2-910 考慮信號帶寬的定義，或者說找到一個諧波分考慮信

6、號帶寬的定義，或者說找到一個諧波分量，其上更高的諧波分量對信號的影響可近似忽略。量，其上更高的諧波分量對信號的影響可近似忽略。 要解決的問題要解決的問題 尋找數(shù)字信號帶寬與其上升時間的尋找數(shù)字信號帶寬與其上升時間的定量定量關(guān)系關(guān)系2022-2-911轉(zhuǎn)折頻率（膝頻率，轉(zhuǎn)折頻率（膝頻率，F(xiàn) FKneeKnee）DQ/QCPFclockRandom “1” or “0” 時鐘信號的上升、下降時間為時鐘周期的時鐘信號的上升、下降時間為時鐘周期的1%。 D觸發(fā)器輸出數(shù)字信號的特征與輸入時鐘相同。觸發(fā)器輸出數(shù)字信號的特征與輸入時鐘相同。 一個實驗一個實驗2022-2-912頻譜分析頻譜分析 從頻率從頻率

7、Fclcok到頻率到頻率Fknee，整個輸出功，整個輸出功率密度譜呈率密度譜呈-20dB/decade的的斜率斜率下降。下降。 在在Fknee處附近，譜密度曲線開始快速處附近，譜密度曲線開始快速下降。下降。 轉(zhuǎn)折頻率轉(zhuǎn)折頻率Fknee的功率譜密度比正常下的功率譜密度比正常下降曲線低降曲線低6.8dB。DQ/QCPFclockRandom “1” or “0”譜分析譜分析 輸出信號的能量主要集中在低于拐輸出信號的能量主要集中在低于拐 點(diǎn)點(diǎn)頻率頻率Fknee的頻率范圍內(nèi)。的頻率范圍內(nèi)。 將膝頻率將膝頻率Fknee看作為數(shù)字信號的頻率看作為數(shù)字信號的頻率成分上限。成分上限。2022-2-913膝頻率

8、與上升時間膝頻率與上升時間rKneetF5 . 0 任何數(shù)字信號的膝頻率只與數(shù)字信號的上升（任何數(shù)字信號的膝頻率只與數(shù)字信號的上升（t tr r）和下降沿時間（）和下降沿時間（t tf f）有關(guān)，）有關(guān)，而與時鐘速率無關(guān)。而與時鐘速率無關(guān)。 對于對于任何一個在信號膝頻率任何一個在信號膝頻率FKnee以內(nèi)有平坦頻率響應(yīng)的電路，該信號可以幾乎以內(nèi)有平坦頻率響應(yīng)的電路，該信號可以幾乎無失真地通過此電路。無失真地通過此電路。 數(shù)字電路在數(shù)字電路在FKnee以上的頻率特性對于它如何處理該數(shù)字信號以上的頻率特性對于它如何處理該數(shù)字信號“幾乎幾乎”沒有影響。沒有影響。兩個重要結(jié)論：兩個重要結(jié)論： 容易看出，

9、上升沿時間越小，膝頻率越大，上升沿時間越大，膝頻率越小。容易看出，上升沿時間越小，膝頻率越大，上升沿時間越大，膝頻率越小。任何數(shù)字信號重要的時域特性基本上都是由任何數(shù)字信號重要的時域特性基本上都是由F FKneeKnee頻率以及其以下的頻率成分所頻率以及其以下的頻率成分所決定。決定。 2022-2-914膝頻率的應(yīng)用膝頻率的應(yīng)用 膝頻率只與數(shù)字信號的上升（膝頻率只與數(shù)字信號的上升（t tr r）有關(guān)，與其它參數(shù)無直接關(guān)系，因而易）有關(guān)，與其它參數(shù)無直接關(guān)系，因而易于記憶和使用。于記憶和使用。 膝頻率只是對數(shù)字信號最高頻率成分的一個粗略估計，而不是對頻譜成分膝頻率只是對數(shù)字信號最高頻率成分的一個

10、粗略估計，而不是對頻譜成分的一個精確描述的一個精確描述。 膝頻率是有局限性的。膝頻率是有局限性的。rKneetF5 . 02022-2-915-3dB帶寬帶寬 常用的描述信號特征的另一種粗略估計為常用的描述信號特征的另一種粗略估計為-3dB帶寬，帶寬，指信號幅度下降為正常幅度指信號幅度下降為正常幅度-3dB時候的頻率范圍。時候的頻率范圍。rdBTKF3K為比例常數(shù)，取決于具體的波形，對于高斯型脈沖為比例常數(shù)，取決于具體的波形，對于高斯型脈沖K=0.338；對于單極指數(shù)型脈沖；對于單極指數(shù)型脈沖K=0.35222)(21)(xexf02040608010012000.10.20.30.40.50

11、.60.70.80.9102040608010012000.10.20.30.40.50.60.70.80.91)()(xeKxf020406080100120-1-0.9-0.8-0.7-0.6-0.5-0.4-0.3-0.2-0.102022-2-916 當(dāng)我們用示波器觀測一個非?？斓纳仙貢r（大大快于示波器的當(dāng)我們用示波器觀測一個非常快的上升沿時（大大快于示波器的響應(yīng)時間），我們可以大概知道示波器系統(tǒng)是單極型或者高斯類型的響應(yīng)時間），我們可以大概知道示波器系統(tǒng)是單極型或者高斯類型的響應(yīng)。響應(yīng)。 當(dāng)其響應(yīng)的前沿頂部有一個尖銳的拐角，并跟著一個很長的當(dāng)其響應(yīng)的前沿頂部有一個尖銳的拐角，并跟著

12、一個很長的后沿，這大概是一個單極型響應(yīng)；后沿，這大概是一個單極型響應(yīng)； 若脈沖有一個對稱性的前后沿，轉(zhuǎn)換不是很尖銳，這大概是若脈沖有一個對稱性的前后沿，轉(zhuǎn)換不是很尖銳，這大概是一個高斯脈沖響應(yīng)。一個高斯脈沖響應(yīng)。 2022-2-917對推論對推論1 1的討論的討論 對于對于任何一個在信號膝頻率任何一個在信號膝頻率FKnee以內(nèi)有平坦頻率響應(yīng)的電路，該信號可以幾乎無失真以內(nèi)有平坦頻率響應(yīng)的電路，該信號可以幾乎無失真地通過此電路。地通過此電路。如果一個系統(tǒng)在如果一個系統(tǒng)在FKnee頻率以下的響應(yīng)并不平坦，那么會對信號產(chǎn)生怎樣的畸變呢？頻率以下的響應(yīng)并不平坦，那么會對信號產(chǎn)生怎樣的畸變呢？例子：例子

13、：對于膝頻率，電容對于膝頻率，電容C具有具有1/（2 CFKnee）的容抗：）的容抗： 64. 021CtCFXrKneeC 0.64的容抗相當(dāng)于將電路短路，對應(yīng)于的容抗相當(dāng)于將電路短路，對應(yīng)于膝頻率成分的信號前沿（膝頻率成分的信號前沿（1ns）則全幅度地通）則全幅度地通過該電容器（衰減過該電容器（衰減1.3%）。）。 考慮一個考慮一個25ns的時間間隔，差不多對應(yīng)于的時間間隔，差不多對應(yīng)于20MHz的頻率成分，電容器的容抗則增加到的頻率成分，電容器的容抗則增加到15，造成其耦合的信號有一個明顯的幅度，造成其耦合的信號有一個明顯的幅度下降（衰減下降（衰減23%）。）。 2022-2-918膝頻

14、率和信號重復(fù)頻率膝頻率和信號重復(fù)頻率trtrtrtrns1GHz重復(fù)頻率的重復(fù)頻率的4個方波信號個方波信號FKnee2GHzFKnee5GHzFKnee10GHzFKnee50GHzrKneetF5 . 02022-2-919要點(diǎn)：要點(diǎn)： 電路的高頻響應(yīng)影響到它對短時間事件的處理。電路的高頻響應(yīng)影響到它對短時間事件的處理。 電路的低頻響應(yīng)影響到它對長時間事件的處理。電路的低頻響應(yīng)影響到它對長時間事件的處理。 數(shù)字信號的能量大都集中在它的膝頻率以下的頻率范圍。數(shù)字信號的能量大都集中在它的膝頻率以下的頻率范圍。 電路在低于膝頻率范圍的行為確定了它對階躍信號沿的響應(yīng)。電路在低于膝頻率范圍的行為確定了

15、它對階躍信號沿的響應(yīng)。 電路在高于膝頻率范圍的行為對其數(shù)字信號的性能沒有什么影響。電路在高于膝頻率范圍的行為對其數(shù)字信號的性能沒有什么影響。rKneetF5 . 02022-2-9201-3 1-3 時間與距離時間與距離 導(dǎo)線和印刷電路板連線上的電信號，其傳播速度取決于它們周圍的介質(zhì)。導(dǎo)線和印刷電路板連線上的電信號，其傳播速度取決于它們周圍的介質(zhì)。 rpCV單位：單位：in/ps; cm/ps; cm/ns。 In: 英寸。英寸。 1in = 2.54cm r ：介電常數(shù)（相對介質(zhì)常數(shù)）。表征介質(zhì)材料在單位電場中存儲的能量大小。真空中介電常數(shù)（相對介質(zhì)常數(shù)）。表征介質(zhì)材料在單位電場中存儲的能量

16、大小。真空中 r 為為1，其它任何絕緣材料均大于，其它任何絕緣材料均大于1。 傳播速度的倒數(shù)被稱為傳播速度的倒數(shù)被稱為單位傳輸延遲時間單位傳輸延遲時間，其數(shù)值，其數(shù)值正比于正比于周圍材料周圍材料介電常數(shù)的平方根。介電常數(shù)的平方根。Ctrd單位：單位： ps/ in; ps/cm; ns/cm 。 電信號以光速傳播。我們關(guān)心信號在具體電路中傳輸所需要的時間，以及單位時間內(nèi)電信號以光速傳播。我們關(guān)心信號在具體電路中傳輸所需要的時間，以及單位時間內(nèi)傳輸?shù)木嚯x。也就是說：傳輸?shù)木嚯x。也就是說：單位傳輸延遲時間單位傳輸延遲時間和和傳播速度傳播速度。2022-2-921單位傳輸延遲時間單位傳輸延遲時間 印

17、刷電路板連線的單位傳輸延遲時間取決于兩方面：印刷電路板連線的單位傳輸延遲時間取決于兩方面：印刷電路板材印刷電路板材料的介電常數(shù)和連線的幾何形狀料的介電常數(shù)和連線的幾何形狀 印刷電路板材料的介電常數(shù)印刷電路板材料的介電常數(shù) 常用的常用的環(huán)氧樹脂（環(huán)氧樹脂（ FR-4 ）印刷電路板材料的介電常數(shù)為印刷電路板材料的介電常數(shù)為4.720。 在高頻時為在高頻時為4.5。計算傳輸延遲時間時，常使用其高頻值：。計算傳輸延遲時間時，常使用其高頻值：4.5。常用材料的介電常數(shù)和傳輸延遲時間常用材料的介電常數(shù)和傳輸延遲時間2022-2-922 連線的幾何形狀連線的幾何形狀/位置位置 連線的幾何形狀決定了印刷電路板

18、上的電場是被約束在板上還是發(fā)散連線的幾何形狀決定了印刷電路板上的電場是被約束在板上還是發(fā)散到周圍的空氣中。到周圍的空氣中。 當(dāng)電場被約束在板上時，其等效介電常數(shù)較大，信號傳輸就慢。當(dāng)電當(dāng)電場被約束在板上時，其等效介電常數(shù)較大，信號傳輸就慢。當(dāng)電路連線被上下兩層地面板夾在中間時，其電場就完全被約束在板內(nèi)。對于路連線被上下兩層地面板夾在中間時，其電場就完全被約束在板內(nèi)。對于典型的典型的FR-4印刷電路板材料，等效介電常數(shù)大約為印刷電路板材料，等效介電常數(shù)大約為4.5。 印刷電路板外層的連線其電場一面向空氣中分布，另一面存在于印刷電路板外層的連線其電場一面向空氣中分布，另一面存在于FR-4材料中。其

19、等效介電常數(shù)介于材料中。其等效介電常數(shù)介于1和和 4.5之間。所以之間。所以外層連線上的信號傳播外層連線上的信號傳播總是快于內(nèi)層連線總是快于內(nèi)層連線。 2022-2-923兩類兩類PCBPCB板連線的結(jié)構(gòu)板連線的結(jié)構(gòu)微帶線微帶線（Microstrip Lines) Microstrip Lines) 帶狀線帶狀線(Strip Lines)(Strip Lines) 內(nèi)層連線，其電場完內(nèi)層連線，其電場完全被約束在板內(nèi)，介全被約束在板內(nèi)，介電常數(shù)較大，信號傳電常數(shù)較大，信號傳輸較慢。輸較慢。外層連線，其電場一半被外層連線，其電場一半被約束在板內(nèi)，另一半被散約束在板內(nèi)，另一半被散發(fā)在空氣中。介電常數(shù)

20、較發(fā)在空氣中。介電常數(shù)較小，信號傳輸較快。小，信號傳輸較快。Ctrd2022-2-924要點(diǎn)：要點(diǎn)： 傳輸延遲時間與介電常數(shù)的平方根成傳輸延遲時間與介電常數(shù)的平方根成正比正比。 信號在空氣中的單位傳輸延遲時間是信號在空氣中的單位傳輸延遲時間是85ps/in（光速（光速C）。 信號在外層電路板連線的傳輸總是快于在內(nèi)層連線的傳輸。信號在外層電路板連線的傳輸總是快于在內(nèi)層連線的傳輸。 Ctrd2022-2-9251-5 1-5 集總系統(tǒng)與分布系統(tǒng)集總系統(tǒng)與分布系統(tǒng)一一. 信號傳輸?shù)乃姆N電性等效模型信號傳輸?shù)乃姆N電性等效模型 全波模型全波模型 分布模型（離散模型）分布模型（離散模型） 集總模型集總模型

21、 直流模型直流模型 2022-2-9261. 全波模型全波模型 理論：理論：“麥克斯韋麥克斯韋方程組方程組”。假設(shè)電磁波在一個無限大的平面假設(shè)電磁波在一個無限大的平面上行進(jìn)：上行進(jìn)： 電場指向電場指向x方向；方向； 磁場指向磁場指向y方向；方向； 整個電磁場往整個電磁場往z方向行進(jìn)。方向行進(jìn)。 傳播速度：光速，傳播速度：光速， 阻抗：電場對磁場的比值，在自由空間里為阻抗：電場對磁場的比值，在自由空間里為377 。 當(dāng)平面波遇到一個高傳導(dǎo)物體時，傳播方向會隨即發(fā)生變化。如果適當(dāng)?shù)卣{(diào)當(dāng)平面波遇到一個高傳導(dǎo)物體時，傳播方向會隨即發(fā)生變化。如果適當(dāng)?shù)卣{(diào)整傳播的物體，則平面波可以被導(dǎo)入到一個傳輸線里，這

22、個我們稱為整傳播的物體，則平面波可以被導(dǎo)入到一個傳輸線里，這個我們稱為“全波模全波模型型”。 選擇選擇“邊界條件邊界條件”用以代表實際物體的幾何結(jié)構(gòu)以及所使用的材料，來求解用以代表實際物體的幾何結(jié)構(gòu)以及所使用的材料，來求解全波模型的麥克斯韋方程組。全波模型的麥克斯韋方程組。 即使非常簡單的結(jié)構(gòu)體，方程組也很難解出。即使非常簡單的結(jié)構(gòu)體，方程組也很難解出。2022-2-9272.2.分布系統(tǒng)分布系統(tǒng)簡化模型：簡化模型： 用用“電容電容”來描述電能來描述電能 用用“電感電感”來表示磁能，來表示磁能， 用用“電阻電阻”來代表轉(zhuǎn)換為熱的來代表轉(zhuǎn)換為熱的能量損耗。能量損耗。分布模型（離散模型）示意圖分布

23、模型（離散模型）示意圖 基本的理想傳輸線結(jié)構(gòu)如上圖所示。它是由無限多的基本的理想傳輸線結(jié)構(gòu)如上圖所示。它是由無限多的RLC網(wǎng)絡(luò)所組成的，然網(wǎng)絡(luò)所組成的，然而，為了計算的目的（特別是為了時域的計算方便），我們通常選擇有限個而，為了計算的目的（特別是為了時域的計算方便），我們通常選擇有限個RLC網(wǎng)絡(luò)來代表。網(wǎng)絡(luò)來代表。 其基本的假設(shè)是每個其基本的假設(shè)是每個RLC網(wǎng)絡(luò)的延遲時間遠(yuǎn)小于信號的波長或者上升時間網(wǎng)絡(luò)的延遲時間遠(yuǎn)小于信號的波長或者上升時間。 這些元件被定義成沒有實際尺寸，由無損和無延遲的導(dǎo)線將它們連接起來。這些元件被定義成沒有實際尺寸，由無損和無延遲的導(dǎo)線將它們連接起來。 有了這些電路元件就

24、不再需要麥克斯韋方程組和邊界條件，利用它們就可以有了這些電路元件就不再需要麥克斯韋方程組和邊界條件，利用它們就可以來描述一個的來描述一個的理想傳輸線理想傳輸線結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。2022-2-928 需要提醒的是，這種傳輸需要提醒的是，這種傳輸線模型起初仍然是用集總的元線模型起初仍然是用集總的元件來描述系統(tǒng)的，只不過這些件來描述系統(tǒng)的，只不過這些元件是分布在整個系統(tǒng)中，并元件是分布在整個系統(tǒng)中，并且是足夠小，以至于且是足夠小，以至于每個每個RLCRLC網(wǎng)絡(luò)的延遲時間遠(yuǎn)小于信號的網(wǎng)絡(luò)的延遲時間遠(yuǎn)小于信號的波長或者上升時間。波長或者上升時間。分布模型（離散模型）示意圖分布模型（離散模型）示意圖 我們稱這種

25、傳輸線模型為我們稱這種傳輸線模型為“分布模型分布模型”。這也是我們在高速數(shù)字電路。這也是我們在高速數(shù)字電路設(shè)計中最為關(guān)注的模型。設(shè)計中最為關(guān)注的模型。 在在“分布模型分布模型”中，可以認(rèn)為我們使用了許多分布元件來描述電波傳中，可以認(rèn)為我們使用了許多分布元件來描述電波傳輸?shù)男阅?。輸?shù)男阅?。有一定局限性，如：無法估計有一定局限性，如：無法估計“趨膚效應(yīng)趨膚效應(yīng)”和和“天線效應(yīng)天線效應(yīng)”。2022-2-9293.3.集總系統(tǒng)集總系統(tǒng) 如果傳輸線的整體傳輸延遲時間較信如果傳輸線的整體傳輸延遲時間較信號的上升時間來的短的話，則只需要一個號的上升時間來的短的話，則只需要一個RLCRLC網(wǎng)絡(luò)或是網(wǎng)絡(luò)或是RC

26、RC網(wǎng)絡(luò)就可以代表整個電磁波網(wǎng)絡(luò)就可以代表整個電磁波的性能，我們稱它為的性能，我們稱它為“集總模型集總模型”。 在集總模型的環(huán)境里，電磁波的波長在集總模型的環(huán)境里，電磁波的波長會遠(yuǎn)大于電路的物理尺寸，所以將分布的會遠(yuǎn)大于電路的物理尺寸，所以將分布的一些小的電路元件集總起來就可以精確地一些小的電路元件集總起來就可以精確地描述電磁波的性能。描述電磁波的性能。 最后，當(dāng)電路進(jìn)入最后，當(dāng)電路進(jìn)入“直流模型直流模型”的環(huán)的環(huán)境時，只需一個電阻或者一個零延遲時間境時，只需一個電阻或者一個零延遲時間的導(dǎo)線就足以代表電磁波的性能。的導(dǎo)線就足以代表電磁波的性能。4.4.直流系統(tǒng)直流系統(tǒng)直流模型直流模型集總模型集

27、總模型在頻率足夠低的條件下，在頻率足夠低的條件下，L和和C可以被等效成短路和斷路?？梢员坏刃С啥搪泛蛿嗦?。2022-2-930四種電性等效系統(tǒng)四種電性等效系統(tǒng) 四種電性等效模型的分類與電磁波的波長（或信號的上升時間）相關(guān)，也與系統(tǒng)的幾何四種電性等效模型的分類與電磁波的波長（或信號的上升時間）相關(guān)，也與系統(tǒng)的幾何尺寸相關(guān)。幾何結(jié)構(gòu)尺寸越小者越不容易進(jìn)入尺寸相關(guān)。幾何結(jié)構(gòu)尺寸越小者越不容易進(jìn)入“分布模型分布模型”領(lǐng)域，反之亦然。領(lǐng)域，反之亦然。尺寸較大者，例如印刷電路板，只要信號的上升時間小于尺寸較大者，例如印刷電路板，只要信號的上升時間小于10ns就會進(jìn)入就會進(jìn)入“分布模型分布模型”領(lǐng)域。而尺寸

28、小者如芯片，上升時間低于領(lǐng)域。而尺寸小者如芯片，上升時間低于0.2ns以內(nèi)才會進(jìn)入以內(nèi)才會進(jìn)入“分布模型分布模型”領(lǐng)域。領(lǐng)域。2022-2-931二二. . 集總系統(tǒng)與分布系統(tǒng)集總系統(tǒng)與分布系統(tǒng) 一個導(dǎo)體系統(tǒng)（主要指無源網(wǎng)絡(luò)），若系一個導(dǎo)體系統(tǒng)（主要指無源網(wǎng)絡(luò)），若系統(tǒng)的物理尺寸足夠小，以至于當(dāng)信號輸入時，統(tǒng)的物理尺寸足夠小，以至于當(dāng)信號輸入時，其上所有點(diǎn)同時達(dá)到相同的電位，則該系統(tǒng)被其上所有點(diǎn)同時達(dá)到相同的電位，則該系統(tǒng)被稱為集總系統(tǒng)（稱為集總系統(tǒng)（Lumped System）。反之，）。反之，則稱為分布系統(tǒng)（則稱為分布系統(tǒng)（Distributed System）。）。 圖中右側(cè)圖中右側(cè)1英

29、寸連線的例子表明：對于同英寸連線的例子表明：對于同樣的樣的1ns上升沿的信號，上升沿的信號，1英寸連線則呈現(xiàn)為一英寸連線則呈現(xiàn)為一個集總系統(tǒng)，在所有時間點(diǎn)上，線上各部分電個集總系統(tǒng)，在所有時間點(diǎn)上，線上各部分電壓基本上是相同的。壓基本上是相同的。 圖中左側(cè)描述了一個圖中左側(cè)描述了一個10英寸長印刷電路板英寸長印刷電路板連線上的電信號的電位分布。一個連線上的電信號的電位分布。一個1ns上升時上升時間的信號從左邊輸入。當(dāng)信號沿著連線傳輸時，間的信號從左邊輸入。當(dāng)信號沿著連線傳輸時，可以看出線上所有各點(diǎn)的電位并不是相同的。可以看出線上所有各點(diǎn)的電位并不是相同的。這個系統(tǒng)對輸入信號的響應(yīng)是沿著連線分布

30、的，這個系統(tǒng)對輸入信號的響應(yīng)是沿著連線分布的，因而被稱為分布系統(tǒng)。圖中給出了因而被稱為分布系統(tǒng)。圖中給出了0，1，2，3和和4ns各點(diǎn)的電位分布。從該電位分布圖中可各點(diǎn)的電位分布。從該電位分布圖中可以看出，以看出，1ns上升時間的等效長度為上升時間的等效長度為5.6in。換一個角度重新定義：換一個角度重新定義：2022-2-932電子學(xué)等效長度電子學(xué)等效長度 廣義地講，廣義地講，“電子學(xué)電子學(xué)等效等效長度長度”指的是信號中某電特征在導(dǎo)體中傳輸時所占有的物理指的是信號中某電特征在導(dǎo)體中傳輸時所占有的物理長度。長度。對于數(shù)字信號來說：對于數(shù)字信號來說：“0”“1”和和“1” “0”的跳變（的跳變（tr和和tf）是其最關(guān)鍵的變化，）是其最關(guān)鍵的變化，表示狀