高速电路设计的经典案例

目 录341.10.3电容耦合和电感耦合的比值 (33)1.10.2翻转磁耦合环 (30)1.10.1共模电感和串扰的关系 (28)1.10共模电感 (27)1.9.2终端电阻之间的共模电容 (26)1.9.1共模电容和串扰的关系 (25)1.9共模电容 (25)1.8.2图1.15的应用 (23)1.8.1在响应曲线下测试覆盖面积 (23)1.8估算衰减时间的一个更好的方法 (18)1.7普通电感 (12)1.6普通电容 (10)1.5四种类型的电抗 (9)1.4关于3-dB 和 频率均方根值 的注意点 (8)1.3集中式系统和分布式系统 (7)1.2时间和距离 (3)1.1 频率和时间 (3)第 1 章　基本原理 (1)前言.............................................................................前言这本书是专门为电路设计工程师写的。

它主要描述了模拟电路原理在高速数字电路设计中的分析应用。

通过列举很多的实例，作者详细分析了一直困扰高速电路路设计工程师的铃流、串扰和辐射噪音等问题。

所有的这些原理都不是新发现的，这些东西在以前时间里大家都是口头相传，或者只是写成应用手册，这本书的作用就是把这些智慧收集起来，稍作整理。

在我们大学的课程里面，这些内容都是没有相应课程的，因此，很多应用工程师在遇到这些问题的时候觉得很迷茫，不知该如何下手。

我们这本书就叫做“黑宝书”，它告诉了大家在高速数字电路设计中遇到这些问题应该怎么去解决，他详细分析了这些问题产生的原因和过程。

对于低速数字电路设计，这本书没有什么用，因为低速电路中，'0'、'1' 都是很干净的。

但是在高速数字电路设计中，由于信号变化很快，这时候模拟电路中分析的那些影响会产生很大的作用，使得信号失真、变形，或者产生毛刺、串扰等，作为高速数字电路的设计者，必须知道这些原理。

高速电路的原理及应用1. 概述高速电路是指在电路设计中，运行速度远高于传统电路的一种电路设计技术。

它主要应用于高频信号传输、高速通信和数字电路设计领域。

高速电路的原理是基于电信号的传输速度快、信号失真小、抗干扰性强等特点，通过优化电路结构和信号传输方式，提高电路的工作速率和性能。

本文将探讨高速电路的原理及其应用。

2. 高速电路的原理高速电路的原理主要包括以下几个方面：2.1 信号传输方式的优化在高速电路中，为了提高信号的传输速率和稳定性，常采用差分信号传输方式。

差分信号传输方式通过同时传输信号及其反相信号，利用信号差分与共模抑制的原理，可有效减小信号的传输损耗和干扰，提高信号的可靠性。

2.2 电路结构的优化在电路结构设计中，为了提高电路的工作速率和性能，通常采用并行工作方式和流水线工作模式。

并行工作方式可以同时处理多个信号，提高电路的处理速率；流水线工作模式可以将处理过程分割为多个子过程，各个子过程可以并行进行，从而提高整体处理效率。

2.3 信号调节和增强技术在高速电路设计中，为了增强信号的质量和稳定性，常采用多种信号调节和增强技术。

例如，利用预加重和均衡技术可以增强传输信号的高频分量，提高信号的传输速度和稳定性；采用时钟提取和数据恢复技术可以有效减小时钟抖动和抖动噪声，提高信号的抗干扰性和可靠性。

3. 高速电路的应用高速电路在现代电子科技中有广泛的应用。

以下是几个常见的高速电路应用案例：3.1 高速通信领域在高速通信领域，高速电路被广泛应用于通信设备、光纤通信系统、无线通信系统等。

通过优化电路结构和信号传输方式，高速电路能够提高通信设备的数据传输速率和稳定性，满足现代通信对高速数据传输的需求。

3.2 数字电路设计领域在数字电路设计领域，高速电路被广泛应用于高速计算机芯片、高速数据存储器、高速接口电路等。

通过优化电路结构和信号调节技术，高速电路能够提高数字电路的工作速率和性能，实现更高效、更快速的数据处理和传输。

文件编号：INVT0_013_0018_CBB_01CBB规范高速脉冲输出电路(VER: V1.0)拟制：时间：2009-12-18批准：时间：2009-12-18文件评优级别：□A优秀□B良好□C一般1 功能介绍本电路输出高速数字脉冲，频率范围为0~50kHz，占空比为30%-70%，集电极开路输出，电压范围0~30V，一般输入到高速脉冲输入（HDI）端口，为其他机器提供频率信号。

该电路在我司全系列变频器中已经批量运用。

2 详细原理图图1 电路原理图详细电路原理图如图1所示，信号HDO-1来自处理器的IO口输出，其低电平为0V，高电平为5V。

当HDO-1为高电平时,三极管Q1导通，光耦PC1原边截止，三极管Q2关断，Q3导通，HDO输出为低；HDO-1为低电平时，三极管Q1关断，光耦PC1原副边导通，三极管Q2导通，Q3关断，HDO输出为高（HDO有电源上拉）。

典型工作波形示意图如图2所示，其中ts为光耦PC1的关断延迟时间，tf为光耦PC1的下降时间，td为光耦PC1的导通延迟时间，tr为光耦PC1的上升时间。

图2 典型工作波形示意图3 器件功能 ❖ 电阻R1：三极管Q1基极电阻，调节Q1基极电流，确保Q1快速饱和导通； ❖ 电阻R5：三极管Q2基极电阻，调节Q2基极电流，确保Q2快速饱和导通； ❖ 电阻R6：增大光耦PC1副边电流，使光耦工作在线性区；❖ 电阻R4、R7：三极管Q3基极电阻，调节Q3基极电流，确保Q3饱和导通，R4同时也是三极管Q2集电极电阻，限制集电极电流，确保Q2饱和导通； ❖ 电阻R2、R8：三极管基极电荷泄放电阻；❖ 电阻R9：三极管Q3集电极开路输出电阻，限制集电极电流，避免Q3过流损坏； ❖ 光耦PC1：信号传输和隔离；❖ 电阻R3：光耦PC1原边限流电阻；❖ 稳压管Z1：降低三极管Q2、Q3和光耦PC1副边的工作电压； ❖ 三极管Q1、Q2、Q3：电平转换开关； ❖ 电容C1、C2：滤除信号上的尖峰和毛刺； ❖ 电阻R10：HDO 端口静电泄放电阻； ❖稳压管Z2：限制HDO 电压。

一板成功——高速电路研发与设计典型故障案例解析高速电路研发和设计是现代通信产业发展的重要组成部分，具有很高的技术含量和难度。

然而，在实际应用中，由于各种因素（如材料、电磁干扰等），很容易出现故障。

今天，我们将针对一板成功——高速电路研发与设计典型故障案例进行分析和解析。

故障现象：在进行高速电路研发和设计时，出现了一种故障现象：板子上部分器件在工作时明显变热，甚至部分器件直接烧毁。

而这种现象只出现在一些进行投产的板子上，而对于样品板则没有出现这种故障现象。

故障原因：经过系统的分析和研究，最终确定了故障的原因是电路板设计中功率计算不足。

具体来说，方案设计中提出的功率并不能满足实际需要，因此在高负荷的运转条件下，电路板所产生的过热等问题就愈发凸显。

解决方法：为了解决故障问题，需要尽快修复板子并对其进行更加准确的设计。

具体来说，可以采取以下措施：1、补充设计方案：对于原来不足的功率计算，我们需要重新对方案进行分析，对于需要的额外功率进行补充计算，从而确保功率的合理性。

2、电路板材料升级：合理的材料组合可以很好的抵御高速电路研发和设计中发生的干扰和噪声，从而更好的保证电路板的稳定性。

3、测试验证：在设计高速电路研发和设计中，我们需要大量的测试和验证，以确保设计的可靠性和稳定性。

这是一种必要的步骤，需要给予足够的重视。

总结：在高速电路研发和设计中，出现问题是常有的事情。

重要的是，在出现问题的时候及时的识别和排除问题，并尽快地采取行动，找到解决问题的方法。

希望通过对高速电路研发和设计中的典型故障案例解析，能够对广大电路工作者提供帮助，提升电路板设计的质量和稳定性。

高速数字电路的PCB设计随着科技的发展，高速数字电路在各个领域中的应用越来越广泛。

高速数字电路的性能和稳定性很大程度上依赖于PCB（Printed Circuit Board）的设计。

本文将介绍高速数字电路的PCB设计原则和技巧。

一、PCB设计原则高速数字电路的PCB设计需要遵循以下原则：1. 信号完整性：在高速信号传输中，信号完整性是至关重要的。

为保证信号的稳定性和减少信号干扰，应采取合适的布局和层叠设计，减少信号走线长度和阻抗不匹配。

2. EMI抑制：高速数字电路的设计容易产生电磁干扰（EMI），对周围设备和系统造成不良影响。

应采用地线分离、屏蔽、滤波等方法来抑制EMI，并遵循EMC（Electromagnetic Compatibility）标准。

3. 热管理：高速数字电路的工作频率高，容易产生较大的功耗和热量。

应合理布局散热器、添加散热片等热管理措施，防止芯片过热从而影响电路性能。

4. 容易维修：在设计PCB时，应考虑到信号线的维修和替换。

通过采用模块化设计和合理布局，可以减少维修难度和成本。

二、PCB设计技巧高速数字电路的PCB设计应遵循以下技巧：1. PCB层次布局：将电路板分为不同的层次，包括信号层、地层和电源层。

信号层应采用临近地层和电源层的布局，以降低信号传输时的阻抗。

2. 差分传输线设计：差分传输线可以减少信号间的干扰，提高信号完整性。

差分传输线的设计应注意保证两根信号线的长度和走线路径相等，并保持合适的差模阻抗匹配。

3. 地线设计：地线是保证信号完整性和抑制干扰的关键。

应该采用广泛的地面平面，减少信号回路的面积。

同时，要避免信号线和地线相交，以减少耦合噪声。

4. 综合布线：在综合布线时，要尽量缩短信号线和电源线的长度，减少信号路径中的损耗和时延，提高电路的性能。

5. 细节考虑：在PCB设计过程中，应考虑到引脚的分配、电源供应、电容和电感的布局等细节。

合理安排元件和电路的布置，可以减少干扰和噪声，提高电路的可靠性。

一、斯卡鲁帕尔马尼的“春之韵”系列斯卡鲁帕尔马尼是一位在艺术领域备受瞩目的艺术家，他的“春之韵”系列作品中，使用了Cadence Allegro软件进行了精准的电路设计，实现了艺术与科技的完美结合。

通过Cadence Allegro的卓越性能和稳定性，斯卡鲁帕尔马尼成功地实现了作品中的电路元件的精确布局和优化，让作品在内部结构上更加完美。

这一系列作品的成功，不仅展现了艺术家对科技的巧妙运用，也向人们展示了Cadence Allegro在电路设计中的优秀表现。

二、华为5G基站天线设计作为全球领先的通信技术企业，华为公司在5G领域的发展备受瞩目。

在5G基站天线设计中，Cadence Allegro发挥了关键作用。

通过Cadence Allegro的高度灵活性和智能设计工具，华为公司工程师们实现了天线的快速设计、仿真和验证，大大加快了产品上市时间，提高了5G基站的性能和可靠性。

华为的成功案例再次证明了Cadence Allegro在电路设计领域的卓越性能和广泛应用价值。

三、尼康相机电路设计尼康是全球知名的相机制造商，其产品质量和性能一直备受推崇。

在尼康相机的电路设计中，Cadence Allegro为设计师们提供了强大的支持和工具，帮助他们实现了电路的高度集成和优化，从而使得尼康相机在成像质量、稳定性和实用性上获得了极大的提升。

尼康相机的成功案例充分显示了Cadence Allegro在消费电子产品领域的重要作用，也证明了Cadence Allegro在实际应用中的稳定性和可靠性。

四、特斯拉电动汽车电池管理系统设计特斯拉作为电动汽车领域的领先者，其产品一直以高性能和创新著称。

在特斯拉电动汽车的电池管理系统设计中，Cadence Allegro发挥了关键作用。

通过Cadence Allegro提供的强大电路设计和仿真工具，特斯拉工程师们成功地实现了电池管理系统的高效设计和验证，保证了汽车电池的安全性和性能稳定性。

更多电子资料请登录赛微电子网计计章图1-a 理想电源下等效电路原理图图1-b 实际电源下等效电路原理图由以上两图可分析电源通道的阻抗对负载端噪声的影响。

其实，当电路上存在高频量成分时，如数字逻辑导致的“0”“1”调变、高速时钟及其他高频模拟信号时，电源总线将表现出很大的感抗特性，由于此时的电抗与通过信号的频率成正比，所以电源总线的瞬态阻抗值将远远大于其电阻值，电源总线上将有较大的“压降”或“噪声”。

图2-a 电源总线方案例图图2-b 电源层方案例图电源层方案为电路板(PCB)设计提供了一个更接近理想模型的实现途径，它能够最大程度地减小感抗的影响。

图3-a 理想电容模型图3-b 实际电容模型加图4-a 实际电容的频率特性图4-b 相同类型电容的频率特性表1 几种旁路（滤波）电容ESL、ESR以次减小通用型高频COG类多层片状陶瓷电容器，其电容量非常稳定,几乎不随温度、电压和时间的变化而变化。

图6 不同类型电容的频率特性并联可增加滤波的频率范围。

图7 两电容并联后的频率特性图8 去耦电容的位置与滤波性能的关系电容放置原则：阻抗最小（总路径最短）。

我们采取的一切措施的是使得当从负载向电源“看”过去的时候，使戴维南模型的阻抗---线路阻抗与电源内阻之和最小。

去耦电容的阻抗并联作用大大降低了戴维南模型的阻抗。

图9-a/b 通过VCC 和GNG 的信号回路计图9-c 信号交流等效回路图10 具有完整(交流)地平面信号回路选择图11 （交流）地平面开口导致最佳回路的破坏图12 管脚、过孔导致的最佳回路的破坏计第一课***关于地弹（ground bounce）浪涌）作用会在器件内部参考地上产生相应的电位漂移，该漂移称为“地弹”。

“地弹”产生过程的示意图：此时：与引脚电流变化成正比！通常单一输出引脚引起的地弹电压不大，如果同一芯片上到N个容性负载的N个输出引脚同时做相同的状态转换，就会产生一个较大的地弹，此时有可能造成电路故障。