四、對布線的考慮

隨著OTNI和星形光纖網(wǎng)的設(shè)計完成，以后會有更多的100MHz以上的具有高速信號線的板子需要設(shè)計，這里將介紹高速線的一些基本概念。

1.傳輸線

印制電路板上的任何一條“長”的信號通路都可以視為一種傳輸線。如果該線的傳輸延遲時間比信號上升時間短得多，那么信號上升期間所產(chǎn)主的反射都將被淹沒。不再呈現(xiàn)過沖、反沖和振鈴，對現(xiàn)時大多數(shù)的MOS電路來說，由于上升時間對線傳輸延遲時間之比大得多，所以走線可長以米計而無信號失真。而對于速度較快的邏輯電路，特別是超高速ECL

集成電路來說，由于邊沿速度的增快，若無其它措施，走線的長度必須大大縮短，以保持信號的完整性。

有兩種方法能使高速電路在相對長的線上工作而無嚴(yán)重的波形失真，TTL對快速下降邊沿采用肖特基二極管箝位方法，使過沖量被箝制在比地電位低一個二極管壓降的電平上，這就減少了后面的反沖幅度，較慢的上升邊緣允許有過沖，但它被在電平“H”狀態(tài)下電路的相對高的輸出阻抗(50～80Ω)所衰減。此外，由于電平“H”狀態(tài)的抗擾度較大，使反沖問題并不十分突出，對HCT系列的器件，若采用肖特基二極管箝位和串聯(lián)電阻端接方法相結(jié)合，其改善的效果將會更加明顯。

當(dāng)沿信號線有扇出時，在較高的位速率和較快的邊沿速率下，上述介紹的TTL整形方法顯得有些不足。因為線中存在著反射波，它們在高位速率下將趨于合成，從而引起信號嚴(yán)重失真和抗干擾能力降低。因此，為了解決反射問題，在ECL系統(tǒng)中通常使用另外一種方法：線阻抗匹配法。用這種方法能使反射受到控制，信號的完整性得到保證。

嚴(yán)格他說，對于有較慢邊沿速度的常規(guī)TTL和CMOS器件來說，傳輸線并不是十分需要的。對有較快邊沿速度的高速ECL器件，傳輸線也不總是需要的。但是當(dāng)使用傳輸線時，它們具有能預(yù)測連線時延和通過阻抗匹配來控制反射和振蕩的優(yōu)點。1

決定是否采用傳輸線的基本因素有以下五個。它們是：(1)系統(tǒng)信號的沿速率， (2)連線距離 (3)容性負(fù)載(扇出的多少)，(4)電阻性負(fù)載(線的端接方式); (5)允許的反沖和過沖百分比(交流抗擾度的降低程度)。

2.傳輸線的幾種類型

(1) 同軸電纜和雙絞線：它們經(jīng)常用在系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的連接。同軸電纜的特性阻抗通常有50Ω和75Ω，雙絞線通常為110Ω。

(2)印制板上的微帶線

微帶線是一根帶狀導(dǎo)(信號線)。與地平面之間用一種電介質(zhì)隔離開。如果線的厚度、寬度以及與地平面之間的距離是可控制的，則它的特性阻抗也是可以控制的。

(3)印制板中的帶狀線

帶狀線是一條置于兩層導(dǎo)電平面之間的電介質(zhì)中間的銅帶線。如果線的厚度和寬度、介質(zhì)的介電常數(shù)以及兩層導(dǎo)電平面間的距離是可控的，那么線的特性阻抗也是可控的。

同樣，單位長度帶狀線的傳輸延遲時間與線的寬度或間距是無關(guān)的;僅取決于所用介質(zhì)的相對介電常數(shù)。

3.端接傳輸線

在一條線的接收端用一個與線特性阻抗相等的電阻端接，則稱該傳輸線為并聯(lián)端接線。它主要是為了獲得最好的電性能，包括驅(qū)動分布負(fù)載而采用的。

有時為了節(jié)省電源消耗，對端接的電阻上再串接一個104電容形成交流端接電路，它能有效地降低直流損耗。

在驅(qū)動器和傳輸線之間串接一個電阻，而線的終端不再接端接電阻，這種端接方法稱之為串聯(lián)端接。較長線上的過沖和振鈴可用串聯(lián)阻尼或串聯(lián)端接技術(shù)來控制。串聯(lián)阻尼是利用一個與驅(qū)動門輸出端串聯(lián)的小電阻(一般為10～75Ω)來實現(xiàn)的。這種阻尼方法適合與特性阻抗來受控制的線相聯(lián)用(如底板布線，無地平面的電路板和大多數(shù)繞接線等。

串聯(lián)端接時串聯(lián)電阻的值與電路(驅(qū)動門)輸出阻抗之和等于傳輸線的特性阻抗。串聯(lián)聯(lián)端接線存在著只能在終端使用集總負(fù)載和傳輸延遲時間較長的缺點。但是，這可以通過使用多余串聯(lián)端接傳輸線的方法加以克服。

4.非端接傳輸線

如果線延遲時間比信號上升時間短得多，可以在不用串聯(lián)端接或并聯(lián)端接的情況下使用傳輸線，如果一根非端接線的雙程延遲(信號在傳輸線上往返一次的時間)比脈沖信號的上升時間短，那么由于非端接所引起的反沖大約是邏輯擺幅的15%。最大開路線長度近似為：

Lmax

式中：tr為上升時間

tpd為單位線長的傳輸延遲時間

5.幾種端接方式的比較

并聯(lián)端接線和串聯(lián)端接線都各有優(yōu)點，究竟用哪一種，還是兩種都用，這要看設(shè)計者的愛好和系統(tǒng)的要求而定。并聯(lián)端接線的主要優(yōu)點是系統(tǒng)速度快和信號在線上傳輸完整無失真。長線上的負(fù)載既不會影響驅(qū)動長線的驅(qū)動門的傳輸延遲時間，又不會影響它的信號邊沿速度，但將使信號沿該長線的傳輸延遲時間增大。在驅(qū)動大扇出時，負(fù)載可經(jīng)分支短線沿線分布，而不象串聯(lián)端接中那樣必須把負(fù)載集總在線的終端。

串聯(lián)端接方法使電路有驅(qū)動幾條平行負(fù)載線的能力，串聯(lián)端接線由于容性負(fù)載所引起的延遲時間增量約比相應(yīng)并聯(lián)端接線的大一倍，而短線則因容性負(fù)載使邊沿速度放慢和驅(qū)動門延遲時間增大，但是，串聯(lián)端接線的串?dāng)_比并聯(lián)端接線的要小，其主要原因是沿串聯(lián)端接線傳送的信號幅度僅僅是二分之一的邏輯擺幅，因而開關(guān)電流也只有并聯(lián)端接的開關(guān)電流的一半，信號能量小串?dāng)_也就小。