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时钟电路PCB设计的基础之时序参数

编辑:PCB    来源:未知    发布时间:2020-04-21 14:34    浏览量:
     与时序有关的一些参数有Tco、缓冲延时、建立时间、保持时间、建立时间裕量、保持时间裕量、传播延迟、最大/最小飞行时间和时钟抖动等。
     1:Tco和缓冲延时
     缓冲延时是指信号经过缓冲器达到有效的电压输出所需要的时间。缓冲延时加上数字电路IC内部的逻辑延时就是Tco,Tco也即指时钟触发开始到有效数据输出器件内部所有延时的总和。 可以在数字电路IC输出的末端直接相连一个测量负载来确定Tco,然后测量负载上的信号电压(Ums)达到一定电平(通常取信号高电平的一半)的时间。最常见的负载是50Ω的电阻或30pF的电容。Tco和缓冲延时。
     2:建立时间、保持时间、建立时间裕量和保持时间裕量
建立时间和保持时间表征了时钟边沿触发前后数据需要在接收端锁存器的输入持续时间,这两个时序参数与接收器的特性有关。在时钟边沿触发前,要求数据必须存在一段时间,这就是器件需要的建立时间;而在时钟边沿触发后,数据也必须保持一段时间,以便能够稳定读取,这就是器件需要的保持时间。如果数据信号在时钟边沿触发前后持续的时间分别超过建立时间和保持时间,那么这部分超过的分量分别称为建立时间裕量和保持时间裕量。通常在器件手册中可以查到每个器件所需的建立和保持时间参数。在设计时,应尽可能提高建立时间裕量和保持时间裕量,以保证系统在外界环境发生有限改变的情况下正常工作。
     3:传播延迟和飞行时间
     信号在传输线上的传输延时称为传播延迟,它只和信号的传播速度和线长有关。飞行时间包括最大飞行时间和最小飞行时间。最大飞行时间也称最终稳定延时,而最小飞行时间称为最早开关延时。
     4:时钟抖动和时钟偏移
     在实际中的PCB时钟信号往往不可能是理想信号,常常会出现抖动和偏移。 时钟抖动是指两个时钟周期之间存在的差值,它由时钟内部产生,与走线无关。在时钟振荡器中,抖动是由四种噪声源叠加引起的:
     1:是晶体本身发出的噪声,与任何电阻性器件一样,晶体会因为内部电子的随机运动发出热噪声;
     2:是晶体本身的任何机械振动或扰动产生的噪声;
     3:是放大器自身的噪声,放大器的噪声通常大于晶体的热噪声和机械噪声;
     4:是电源噪声。电源端耦合进的任何噪声,都会进入时钟振荡器内部的放大器,电源噪声经过放大器被放大后会引起大量的抖动。电源噪声是很难处理的噪声。如果一个振荡器的输出端有大的耦合电源噪声,则称电源的抗扰度很差。由随机噪声源引起的时钟抖动是非常有害的,由电源噪声导致的时钟抖动会引起间歇式的波动。 时钟抖动可以采用频谱分析、直接相位测量和差分相位测量三种方法进行测量。最简单的测量方法是采用差分相位测量。 时钟偏移是指两个相同的系统时钟之间的偏移,包含时钟缓冲器的多个输出之间的偏移,由于PCB走线的误差而造成的接收端和驱动端时钟信号之间的偏移。在时序设计中需要考虑这些因素的影响。 在设计PCB时,为了保证数据被正确地传输和接收,必须综合考虑所有的时序参数,选用合适的拓扑结构,采用阻抗匹配端接等措施来减少信号完整性对时序带来的干扰,同时满足系统所需的建立时间约束条件和保持时间约束条件。

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