文軍 葉錦華 羅春雷

摘 要： 數(shù)字邏輯電路的頻率達(dá)到或者超過(guò)45MHZ～50MHZ，而且工作在這個(gè)頻率之上的電路已經(jīng)占到了整個(gè)電子系統(tǒng)一定的份量（比如說(shuō)1/3），就稱為高速電路；也有人認(rèn)為高速電路和頻率并沒(méi)有什么大的聯(lián)系，是否高速電路只取決于它們的上升時(shí)間，對(duì)特種三層線路板制作有啟發(fā)意義。

關(guān)鍵詞： 高速電路；特種三層線路；上升時(shí)間

“高速電路”已經(jīng)成為當(dāng)今電子工程師們經(jīng)常提及的一個(gè)名詞，但究竟什么是高速電路？這的確是一個(gè)“熟悉”而又“模糊”的概念。而事實(shí)上，業(yè)界對(duì)高速電路并沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的定義，通常對(duì)高速電路的界定有以下多種看法：有人認(rèn)為，如果數(shù)字邏輯電路的頻率達(dá)到或者超過(guò)45MHZ～50MHZ，而且工作在這個(gè)頻率之上的電路已經(jīng)占到了整個(gè)電子系統(tǒng)一定的份量（比如說(shuō)1/3），就稱為高速電路；也有人認(rèn)為高速電路和頻率并沒(méi)有什么大的聯(lián)系，是否高速電路只取決于它們的上升時(shí)間；還有人認(rèn)為高速電路就是我們?cè)缧┠隂](méi)有接觸過(guò)，或者說(shuō)能產(chǎn)生并且考慮到趨膚效應(yīng)的電路；更多的人則對(duì)高速進(jìn)行了量化的定義，即當(dāng)電路中的數(shù)字信號(hào)在傳輸線上的延遲大于1/2上升時(shí)間時(shí)，就叫做高速電路，本文也沿用這個(gè)定義作為考慮高速問(wèn)題的標(biāo)準(zhǔn)。

此外，還有一個(gè)容易產(chǎn)生混淆的是“高頻電路”的概念，“高頻”和“高速”有什么區(qū)別呢？對(duì)于高頻，很多人的理解就是較高的信號(hào)頻率，雖然不能說(shuō)這種看法有誤，但對(duì)于高速電子設(shè)計(jì)工程師來(lái)說(shuō)，理解應(yīng)當(dāng)更為深刻，我們除了關(guān)心信號(hào)的固有頻率，還應(yīng)當(dāng)考慮信號(hào)發(fā)射時(shí)同時(shí)伴隨產(chǎn)生的高階諧波的影響，一般我們使用下面這個(gè)公式來(lái)做定義信號(hào)的發(fā)射帶寬，有時(shí)也稱為EMI發(fā)射帶寬：

F=1/（Tr*π）， F是頻率（GHz）；Tr（納秒）指信號(hào)的上升時(shí)間或下降時(shí)間。

通常當(dāng)F>100MHz的時(shí)候，就可以稱為高頻電路。所以，在數(shù)字電路中，是否是高頻電路，并不在于信號(hào)頻率的高低，而主要是取決于上升沿和下降沿。根據(jù)這個(gè)公式可以推算，當(dāng)上升時(shí)間小于3.185ns左右的時(shí)候，我們認(rèn)為是高頻電路。

理想傳輸線L被內(nèi)阻為R0的數(shù)字信號(hào)驅(qū)動(dòng)源Vs驅(qū)動(dòng)，傳輸線的特性阻抗為Z0，負(fù)載阻抗為RL。如果終端阻抗（B點(diǎn)）跟傳輸線阻抗（A點(diǎn)）不匹配，就會(huì)形成反射，反射回來(lái)的電壓幅值由負(fù)載反射系數(shù)ρL決定。Ρt可由式（1）得出：

ρL=（RL-Z0）/（RL+Z0） （1）

從終端反射回的電壓到達(dá)源端時(shí)，可再次反射回負(fù)載端，形成二次反射，此時(shí)反射電壓的幅值由源反射系數(shù)ρs決定，ρs可由式（2）得出：

ρs=（R0-Z0）/（R0+Z0） （2）

精確計(jì)算反射系數(shù)和反射電壓的關(guān)鍵是確定傳輸線的特征阻抗，它不僅僅是印制線的電阻。當(dāng)印制線上傳輸?shù)男盘?hào)速度超過(guò)100MHz時(shí)，必須將印制線看成是帶有寄生電容和電感的傳輸線，而且在高頻下會(huì)有超膚效誚和電介質(zhì)損耗，這些都會(huì)影響傳輸線的特征阻抗。按照傳輸線的結(jié)構(gòu)，可以將它分為微帶線和帶狀線。

對(duì)于大多數(shù)電子電路硬件設(shè)計(jì)工程師來(lái)說(shuō)，完全沒(méi)有必要拘泥于概念的差異，心中應(yīng)該有個(gè)廣義的“高速”定義，那就是：如果在確保正確的電氣連接的前提下，電路仍不能穩(wěn)定的高性能工作，而需要進(jìn)行特殊的布局，布線，匹配，屏蔽等處理，那么，這就是特種三層線路板的“高速”設(shè)計(jì)。