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高速数字电路的设计与仿真

李朝辉  
【摘要】:当今电子技术飞速发展,大规模集成电路越来越多的应用到电子系统中。由于系统时钟频率的迅速提高、信号跳变沿的不断缩短和电路集成密度的不断增加,信号完整性和电磁兼容性问题对系统性能的影响越来越突出,会导致信号失真、定时错误和不正确的数据传输等问题。 利用仿真分析的方法,可以在PCB制作之前尽可能地发现并解决隐藏的信号完整性和电磁兼容性问题,最大限度地减小产品设计失败的概率,提高电路系统工作的可靠性,从而缩短开发周期,降低开发成本。本文基于高速电路理论和电磁场理论,对高速数字电路的信号完整性和电磁兼容性做了比较详细的分析与研究,主要工作如下: 首先,在信号完整性方面,从理论上分析了产生反射和串扰的原因,利用Mentor Graphics公司的Hyperlynx仿真软件对端接技术和影响串扰的因素进行了仿真,提出了减小反射和串扰的设计方法,得出了一些对实际的元器件布局和电路板布线有指导意义的结论。 其次,在电磁兼容性方面,分别用电偶极子模型和磁偶极子模型对共模辐射和差模辐射进行了分析,并针对放置去耦电容和铁氧体磁珠这两种主要的降低电磁辐射的措施进行了仿真,提出了去耦电容在PCB上安装的改进方法和高速数字电路设计中抑制电磁干扰的设计原则。 最后,本文以一个高速PCB设计为例,对其关键网络的拓扑结构进行仿真,针对其存在的信号完整性和电磁兼容性问题,提出了具体的解决方法。经过修改,该设计能够满足信号完整性和电磁兼容性的要求。


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