四、對(duì)布線的考慮

　　隨著OTNI和星形光纖網(wǎng)的設(shè)計(jì)完成，以后會(huì)有更多的100MHz以上的具有高速信號(hào)線的板子需要設(shè)計(jì)，這里將介紹高速線的一些基本概念。

　　1．傳輸線

　　印制電路板上的任何一條“長(zhǎng)”的信號(hào)通路都可以視為一種傳輸線。如果該線的傳輸延遲時(shí)間比信號(hào)上升時(shí)間短得多，那么信號(hào)上升期間所產(chǎn)主的反射都將被淹沒。不再呈現(xiàn)過沖、反沖和振鈴，對(duì)現(xiàn)時(shí)大多數(shù)的MOS電路來說，由于上升時(shí)間對(duì)線傳輸延遲時(shí)間之比大得多，所以走線可長(zhǎng)以米計(jì)而無信號(hào)失真。而對(duì)于速度較快的邏輯電路，特別是超高速ECL

　　集成電路來說，由于邊沿速度的增快，若無其它措施，走線的長(zhǎng)度必須大大縮短，以保持信號(hào)的完整性。

　　有兩種方法能使高速電路在相對(duì)長(zhǎng)的線上工作而無嚴(yán)重的波形失真，TTL對(duì)快速下降邊沿采用肖特基二極管箝位方法，使過沖量被箝制在比地電位低一個(gè)二極管壓降的電平上，這就減少了后面的反沖幅度，較慢的上升邊緣允許有過沖，但它被在電平“H”狀態(tài)下電路的相對(duì)高的輸出阻抗（50～80Ω）所衰減。此外，由于電平“H”狀態(tài)的抗擾度較大，使反沖問題并不十分突出，對(duì)HCT系列的器件，若采用肖特基二極管箝位和串聯(lián)電阻端接方法相結(jié)合，其改善的效果將會(huì)更加明顯。

　　當(dāng)沿信號(hào)線有扇出時(shí)，在較高的位速率和較快的邊沿速率下，上述介紹的TTL整形方法顯得有些不足。因?yàn)榫€中存在著反射波，它們?cè)诟呶凰俾氏聦②呌诤铣桑瑥亩鹦盘?hào)嚴(yán)重失真和抗干擾能力降低。因此，為了解決反射問題，在ECL系統(tǒng)中通常使用另外一種方法：線阻抗匹配法。用這種方法能使反射受到控制，信號(hào)的完整性得到保證。

　　嚴(yán)格他說，對(duì)于有較慢邊沿速度的常規(guī)TTL和CMOS器件來說，傳輸線并不是十分需要的。對(duì)有較快邊沿速度的高速ECL器件，傳輸線也不總是需要的。但是當(dāng)使用傳輸線時(shí)，它們具有能預(yù)測(cè)連線時(shí)延和通過阻抗匹配來控制反射和振蕩的優(yōu)點(diǎn)。1

　　決定是否采用傳輸線的基本因素有以下五個(gè)。它們是： （1）系統(tǒng)信號(hào)的沿速率， （2）連線距離，（3）容性負(fù)載（扇出的多少），（4）電阻性負(fù)載（線的端接方式）；（5）允許的反沖和過沖百分比（交流抗擾度的降低程度）。

　　2．傳輸線的幾種類型

　　（1）同軸電纜和雙絞線：它們經(jīng)常用在系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的連接。同軸電纜的特性阻抗通常有50Ω和75Ω，雙絞線通常為110Ω。

　　（2）印制板上的微帶線

　　微帶線是一根帶狀導(dǎo)（信號(hào)線）．與地平面之間用一種電介質(zhì)隔離開。如果線的厚度、寬度以及與地平面之間的距離是可控制的，則它的特性阻抗也是可以控制的。微帶線的特性阻抗Z0為：

　　式中：【Er為印制板介質(zhì)材料的相對(duì)介電常數(shù)

　　6為介電質(zhì)層的厚度

　　W為線的寬度

　　t為線的厚度

　　單位長(zhǎng)度微帶線的傳輸延遲時(shí)間，僅僅取決于介電常數(shù)而與線的寬度或間隔無關(guān)。

　　（3）印制板中的帶狀線

　　帶狀線是一條置于兩層導(dǎo)電平面之間的電介質(zhì)中間的銅帶線。如果線的厚度和寬度、介質(zhì)的介電常數(shù)以及兩層導(dǎo)電平面間的距離是可控的，那么線的特性阻抗也是可控的，帶狀線的特性阻抗乙為：

　　式中：b是兩塊地線板間的距離

　　W為線的寬度

　　t為線的厚度

　　同樣，單位長(zhǎng)度帶狀線的傳輸延遲時(shí)間與線的寬度或間距是無關(guān)的；僅取決于所用介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)。

　　3．端接傳輸線

　　在一條線的接收端用一個(gè)與線特性阻抗相等的電阻端接，則稱該傳輸線為并聯(lián)端接線。它主要是為了獲得最好的電性能，包括驅(qū)動(dòng)分布負(fù)載而采用的。

　　有時(shí)為了節(jié)省電源消耗，對(duì)端接的電阻上再串接一個(gè)104電容形成交流端接電路，它能有效地降低直流損耗。

　　在驅(qū)動(dòng)器和傳輸線之間串接一個(gè)電阻，而線的終端不再接端接電阻，這種端接方法稱之為串聯(lián)端接。較長(zhǎng)線上的過沖和振鈴可用串聯(lián)阻尼或串聯(lián)端接技術(shù)來控制。串聯(lián)阻尼是利用一個(gè)與驅(qū)動(dòng)門輸出端串聯(lián)的小電阻（一般為10～75Ω）來實(shí)現(xiàn)的。這種阻尼方法適合與特性阻抗來受控制的線相聯(lián)用（如底板布線，無地平面的電路板和大多數(shù)繞接線等。

　　串聯(lián)端接時(shí)串聯(lián)電阻的值與電路（驅(qū)動(dòng)門）輸出阻抗之和等于傳輸線的特性阻抗。串聯(lián)聯(lián)端接線存在著只能在終端使用集總負(fù)載和傳輸延遲時(shí)間較長(zhǎng)的缺點(diǎn)。但是，這可以通過使用多余串聯(lián)端接傳輸線的方法加以克服。

　　4．非端接傳輸線

　　如果線延遲時(shí)間比信號(hào)上升時(shí)間短得多，可以在不用串聯(lián)端接或并聯(lián)端接的情況下使用傳輸線，如果一根非端接線的雙程延遲（信號(hào)在傳輸線上往返一次的時(shí)間）比脈沖信號(hào)的上升時(shí)間短，那么由于非端接所引起的反沖大約是邏輯擺幅的15％。最大開路線長(zhǎng)度近似為：

　　Lmax＜tr/2tpd

　　式中：tr為上升時(shí)間

　　tpd為單位線長(zhǎng)的傳輸延遲時(shí)間

　　5．幾種端接方式的比較

　　并聯(lián)端接線和串聯(lián)端接線都各有優(yōu)點(diǎn)，究竟用哪一種，還是兩種都用，這要看設(shè)計(jì)者的愛好和系統(tǒng)的要求而定。

　　并聯(lián)端接線的主要優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)速度快和信號(hào)在線上傳輸完整無失真。長(zhǎng)線上的負(fù)載既不會(huì)影響驅(qū)動(dòng)長(zhǎng)線的驅(qū)動(dòng)門的傳輸延遲時(shí)間，又不會(huì)影響它的信號(hào)邊沿速度，但將使信號(hào)沿該長(zhǎng)線的傳輸延遲時(shí)間增大。在驅(qū)動(dòng)大扇出時(shí)，負(fù)載可經(jīng)分支短線沿線分布，而不象串聯(lián)端接中那樣必須把負(fù)載集總在線的終端。

　　串聯(lián)端接方法使電路有驅(qū)動(dòng)幾條平行負(fù)載線的能力，串聯(lián)端接線由于容性負(fù)載所引起的延遲時(shí)間增量約比相應(yīng)并聯(lián)端接線的大一倍，而短線則因容性負(fù)載使邊沿速度放慢和驅(qū)動(dòng)門延遲時(shí)間增大，但是，串聯(lián)端接線的串?dāng)_比并聯(lián)端接線的要小，其主要原因是沿串聯(lián)端接線傳送的信號(hào)幅度僅僅是二分之一的邏輯擺幅，因而開關(guān)電流也只有并聯(lián)端接的開關(guān)電流的一半，信號(hào)能量小串?dāng)_也就小。