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電路醫(yī)生 | 一個(gè)數(shù)據(jù)端口波形把人難住了,問(wèn)題究竟出在哪?

2017/02/01
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前段時(shí)間,一位外地研究所的同行朋友發(fā)來(lái)一張波形圖(圖 1),問(wèn)是什么原因?qū)е碌倪@個(gè)上升沿和下降沿畸變。當(dāng)時(shí),簡(jiǎn)單看了下就給了個(gè)答復(fù),說(shuō)是端口電容和走線(xiàn)電感引起的問(wèn)題。然后友人也沒(méi)細(xì)問(wèn),這事就過(guò)去了。不知道是不是有一點(diǎn)覺(jué)得還不算太熟悉,不好意思問(wèn)太多,還是這個(gè)問(wèn)題的影響不是很?chē)?yán)重不考慮過(guò)份深究,反正總之當(dāng)時(shí)就這樣放過(guò)去了。

昨晚,在從上海回北京的高鐵上,6 個(gè)小時(shí)的車(chē)程,前四個(gè)小時(shí)在睡覺(jué),睡了個(gè)昏天黑地,醒來(lái)實(shí)在無(wú)聊,但又珍惜生命苦短,來(lái)日又不是可以肆無(wú)忌憚?chuàng)]霍般的很長(zhǎng),就打開(kāi)電腦,分析了下這個(gè)問(wèn)題,做了一個(gè)簡(jiǎn)單的仿真。還原了該波形的發(fā)生機(jī)理。

一般導(dǎo)線(xiàn)都有一個(gè)高頻特性,可以將其理解為小電感和小電阻的串聯(lián),既然是電感,其對(duì)線(xiàn)上信號(hào)就會(huì)有影響,畢竟電感是抑制電流變化的器件。

而一般的數(shù)字電路輸入端口,有可以理解成有一個(gè) Pin-Gnd 的對(duì)地電容,以及一個(gè)輸入跟隨器特性,用于做輸入阻抗變換的。

以上走線(xiàn)的特性和器件的輸入等效特性合并在一起,就有了如下圖 2 的電路特性圖。V4 輸出的 10MHz 方波信號(hào)相當(dāng)于數(shù)字電路上一級(jí)的信號(hào)輸出。

經(jīng)過(guò)運(yùn)行仿真后,示波器測(cè)得接收 pin 管腳接收端的變異波形。圖 3 中的標(biāo)號(hào) 3 和 4 處,不就正好是圖 1 種標(biāo)號(hào) 1 和 2 的特征嘛!

通過(guò)改變 R2、L2、C1 的值,可以多次模擬出實(shí)際布線(xiàn)中走線(xiàn)長(zhǎng)短發(fā)生變化、布線(xiàn)寬度調(diào)整、器件輸入電容 Cin 變化所引起的波形變異特征,正所謂“運(yùn)籌鍵盤(pán)之上,掌控電路之中”。

體會(huì)有二:一是仿真軟件真的很不錯(cuò);二是電路微觀的高頻等效特性很值得了解和研究。

本文授權(quán)轉(zhuǎn)載自“武曄卿”,如需轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系“武曄卿”微信公共帳號(hào)。

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