高速电路的测试

• 电路板规格

  图13(a)是实验用电路板的pattern layout图，基本上它是改变配线长度与配线回绕条件所制成，也就是说电路板的配线长度是改变有无micro strip line，以及周围有无ground shield等条件制成。图13(b)是电路板的剖面图，图中248Ω line是假设配线下方无ground层；144Ω line则是假设使用双层板，而且配线的1.6mm下方与周围有ground层；100Ω line与50Ωline则是假设配线的0.44mm下方与周围有ground层，而且两者都被ground better围绕。虽然电路板厂商有提供电路板的厚度与target impedance等数据，不过经过传输模拟实验的结果与利用图1的计算式计算的阻抗(impedance)结果，证实与厂商提供的数据几乎完全相同。

  

• 利用pattern观测传输信号的变化

  基本上本实验是利用图13的实验用电路板构成图14的电路，接着改变pattern与终端条件观测传输信号的波形变化，基于示波器的功能与测试系统的极限等因素，因此信号频率抑制在4MHz，相对于clock信号便可容易判读反射波形。

  

• 使用micro strip line可减少反射

  图15是未作终端，配线长度200mm，各种pattern的clock波形量测结果，由图可知micro strip line的反射程度祇比一般配线稍低。

  

  

• 直列终端可有效降低反射

  图16是与图15完全相同的pattern上，增设51Ω直列终端之后的clock波形，由图可知在50Ω的micro strip line增设直列终端可有效降低反射。

  

  

• 短配线的效应

  图17是51Ω的micro strip line，配线长度分别是50mm与200mm，直列终端有无也列入parameter时的波形量测结果，终端由图可知无终端时，虽然配线长度50mm与200mm的反射衰减时间有差异，不过两者的反射波形level几乎没有任何差异。如果作51Ω直列终端时，短配线可有效收敛反射。

  

  

  

• 高速电子组件反射变大

  图18是使用比74AC541更高速的74VHC541电子组件时的波形变化量测结果，图18(a)是74AC541的波形变化，图18(b)是74VHC541的波形变化。由图可知74VHC541高速电子组件的反射level较大；图18(b)与图18(c)比较时，配线阻抗与反射level两者都呈现下降趋势。图18(d)的阻抗条件与图18(c)相同，不过反射level却大幅降低。

  

  

• 若作直列终端会产生信号延迟

  图19是使用74VHC541高速电子组件，将clock信号流入248Ω一般配线，藉由终端方式的不同量测传输延迟的结果。由图可知51Ω时信号传输延迟为1ns，100Ω时信号传输延迟为2ns，配线长度100mm时信号传输延迟为0.6ns。值得注意的是这该现象可能是配线长度不同使skew发生改变，或是直列终端的调整所造成。

  

  

• 放射噪讯的量测

  虽然利用模拟分析与示波器作波形可以观测反射波是否衰减，不过却无法知道高频波噪讯level，因此必需利用电波暗室与频谱分析仪(spectrum analyzer)量测。不过本实验针对电路与电子组件的不同，祇量测放射噪讯的差异，所以并未使用传统

  EMI量测手法，同时也未作天线校正等动作。

• micro strip line可有效降低噪讯

  图20是将100MHz的clock信号分别流入配线长度200mm，pattern阻抗为248Ω、100Ω、50Ω的时噪讯波形特性，本实验使用的drive为74VHC541，pattern作51Ω的直列终端。根据测试结果显示阻抗较低的50Ω micro strip line的放射噪讯比较低。

  

  

• 直列终端也可以有效降低噪讯

  图21是利用有无终端量测放射噪讯的结果，此外本实验使用的clock频率为4MHz。由于测试结果可知248Ω的一般配线由于噪讯level很高，虽然终端阻抗的效果有限，不过整体而言有作终端阻抗却可抑制放射噪讯，此外由micro strip line构成的配线在高频领域的噪讯不论有无终端阻抗，却可在低频领域产生终端阻抗的效果。

  

  

• 配线越短，放射噪讯值越低

  图22是利用不同长度的配线量测放射噪讯的差异，有关248Ω一般配线与50Ω micro strip line的配线长度长度分别是200mm、100mm、50mm ，clock频率为100MHz，未作终端阻抗。根据量测结果显示不论配线种类，配线越短放射噪讯越低。

  

  

• 使用低电压组件，抑制放射噪讯值

  图23是利用电子组件站立/下降速度的差异与电源电压的差异，量测放射噪讯值变化的结果，根据量测结果显示电源电压从5V降至3.3V，未作终端时并不会因为电子组件站立/下降速度的差异改变放射噪讯值，不过作51Ω直列终端时，站立/下降速度较慢的74AC541电子组件的放射噪讯值就会明显降低。

  

结语

综合以上结果可得出以下的结论:

• 即使未作终端阻抗，配线长度低于100mm的micro strip line，亦可有效抑制噪讯level。
• 尽可能降低配线阻抗(impedance)构成pattern，比刻意迎合配线阻抗更容易获得噪讯抑制效果，而且更具成本上的优势。尤其是0.2mm的space，宽度为0.15mm的patte rn，80Ω左右的阻抗(impedance)，0.6mm的clock line设计，对一般CMOS电子组件为主的电路板，具有极佳的噪讯抑制效果。
• 尽可能降低配线长度，避免为了调整skew，作等长配线或是刻意迎合加大配线长度，亦可设计成利用直列终端的阻抗值调整skew的结构。