2012年现代电路设计考题

2012年现代电路设计考题【一共十道问答题，黑色字体为原文，红色字体为添加内容】1.导致信号上升沿退化的原因有哪些？1)有损线传输时，高频分量幅度减少，低频不变，造成带宽降低，从而造成上升时间会增长，造成上升沿退化——P198，P2152)信号在传输线传输时，耦合到临近线上造成损耗，引起信号上升边的退化。——P2003)阻抗突变对传输信号有着极大的影响，它直接引起接收信号的上升边退化。——P2004)高频信号被反射回到源端，最终由终端电阻或源端驱动器阻抗吸收和损耗，从而引起上升边退化。——P2005)色散原因，有损传输线中存在色散，高频分量比低频分量传输速度快，上升沿不同的频率成分传输速度不同，引起上升边退化。——P2176)传输线突变，信号反射引起上升边退化。2.为什么减少EMI要控制振铃现象？EMI由电流中每个频率分量辐射引起。最严重的辐射源是共模电流，其总辐射将随着频率而线性增加。为了减少EMI，设计时应在所有信号中采用尽可能低的带宽。如果传输线路的终端匹配欠佳，则信号就会发生振铃，频谱在振铃频率产生峰值。振铃频率的幅度会比没有振铃时信号的幅度高十倍以上。有振铃时的带宽明显高于没有振铃时的带宽。当波形中出现振铃时，其带宽约等于振铃频率的带宽。——P413.详细描述一下串扰的机制串扰是指有害信号从一个网络转移到相邻网络。4.什么是地弹？怎么产生？怎么减少？有效电感在返回路径上所产生的电压称为地弹。减少措施：1)尽可能减少回路电流的变化。这意味着降低边沿变化率和限制同时共用返回路径的信号路径数目。——P992)尽可能减少返回路径的总电感，要点有两方面：减少支路的局部电感和增大两支路间的局部电感。减少支路的局部电感意味着是返回路径尽可能短，尽可能宽（也就是使用平面）；而增大返回路径和初始路径间的互感则意味着使第一条支路与其返回路径尽可能靠近。——P993）减少返回路径的阻抗以便减少返回路径上的地弹噪声。——P1454）隔离返回路径，使地弹对其他信号不产生印象。即使用多个返回路径，使它们没有公共返回路径。5）添加电源-地间的去耦电容。5.信号完整性的广义和狭义定义？——第一章PPT信号完整性(SI)，是指信号电压(电流)完美的波形形状及质量。由于物理互连造成的干扰和噪声，使得连线上信号的波形外观变差，出现了非正常形状的变形，称为信号完整性被破坏。信号完整性问题是物理互连在高速情况下的直接结果。信号完整性(SI)可以泛指由互连线引起的所有信号电压电平和电流不正常现象，包括：噪声、干扰和时序等。狭义的信号完整性，是指信号电压(电流)波形的形状及质量,包括反射和串扰。由于物理互连造成的干扰和噪声，使得连线上信号的波形外观变差，出现了非正常形状的变形，称为信号完整性被破坏。6.电源分配系统的地弹指什么？怎么消去？为什么？——P104在PDS中，稳压器和芯片之间有许多互连线，如过孔、平面、封装引线、键合线等。如果进入芯片的电流发生突变，则当变化的电流经过PDS互连线的阻抗时就会引起电压降，称之为轨道下降或轨道塌陷。如果要使电流变化时引起的这个电压降最小，则PDS阻抗就要小于一定的值。要是PDS的阻抗比较小，有两条设计原则：低频时，添加低阻抗的去耦电容；高频时，使去耦电容和芯片焊盘间的回路电感最小，以保持他们之间的阻抗低于一定值。增加去耦电容可以降低电压降。在低频时，就像理想电容器一样，阻抗随着频率的增加而减小。但是，随着频率升高到一定程度，串联的回路电抗开始在阻抗中起主导作用。该点频率称为子谐振频率，此后阻抗开始增大。频率大于自谐振频率时，电容器的阻抗与电容量完全无关，只与相应的回路电感有关。所以在频率较高时，如果想减小去耦电容器的阻抗，就要减小与之相关的回路电感，而不是增大电容量。7.反射的原理？——P165如果信号延互连线传播时所受到的瞬态阻抗发生变化，则一部分将发生发射，另一部分将失真并继续传播。但幅度有所改变。反射的信号量由瞬态阻抗的变化量决定，（画图，两个区域），假如第一个区域的瞬态阻抗时Z1，第二个区域的是Z2，则反射信号与入射信号的幅值之比为：Vr/Vi=(Z2-Z1)/(Z2+Z1)=p当信号到达瞬态阻抗不同的两个区域（区域1、区域2）的交界面时，在信号/返回路径的导体中仅存在一个电压和一个电流回路。无论是从区域1还是从区域2看进去，在交界面两侧的电压和电流都是相同的。边界处不可能出现不连续的电压和电流。在两个区域阻抗不同的时候，要位置分界面两侧的电压和电流相等，使整个系统协调稳定，区域1中产生了一个反射回源端的电压。它的唯一目的就是吸收入射信号和传输信号之间不匹配的电压和电流。减少发射的四要素：1)使用可控阻抗互连线；2)传输末端至少有一个终端匹配；3)使用能使多分支产生影响最小的布线拓扑结构；4)最小化几何结构的不连续性。8.差分信号与单端信号相比，有什么优点？——P281差分对是指一对存在耦合的传输线，一根携带信号，另一根携带它的互补信号。所需的信号就是两条传输线上的电压差，它携带着传输的信息，和单端相比有点如下：1)输出驱动总的dI/dt会比单端信号线上的大幅降低，从而减少了轨道塌陷和存在的电磁干扰（EMI）；2)与单端放大器相比，接收器中的差分放大器有着更高的增益；3)差分信号在一堆紧耦合差分对中传播时，在返回路径中对付串扰和突变的鲁棒性更好；4)因为每个信号都有自己的回路，所以差分信号通过接插件或封装时，不易受到开关噪声的干扰；5)使用价格低廉的双绞线即可实现较远距离的差分信号传输。缺点：1)差分信号会产生存在的EMI。如果不对差分信号进行恰当的平衡和滤波，或者存在任何共模信号，就可能会使加在外部双绞线上的差分信号产生EMI问题；2)与单端信号传输相比，传输差分信号需要两倍数量的信号线；3)需要理解很多新原理和重要的设计规则，设计复杂程度大大增加。9.端接有哪些结构？传输线什么情况下要端接？——P177控制传输线一端或两端的阻抗从而减小反射的方法称为传输线的端接。端接是为了让阻抗匹配从而消除反射，典型的方法是在重要位置放置一个或多个电阻。所以分为源端端接和末端端接源端端接：源端串联匹配。最常用的方法是将电阻串联在驱动器的端，成为源端串联端接。端接电阻和驱动器内阻之和应该等于特性阻抗。末端端接：终端并联匹配。与负载并联放置匹配电阻，使与特性阻抗相等。当传输线的最大长度（单位为in）大于信号上升时间（单位为ns）时，就需要端接。10.信号导线与返回导线间是绝缘体，除远端外，电流如何从信号导线流到返回导线？14.0