好吧,高速信号在PCB上的导线中传播的形式

QQSFF

原帖由 huyou 于 2008-10-11 10:30 发表
看来看去,还是QQSFF的话比较让人信服些.楼主说的"信号在电路板上以电磁波形式传播",还真不敢相信.

LZ说的东西没错     举例说你电脑里的SATA线和同轴线都是这个原理    射频电路的东西    跟数电无关   而且这东西就是本专业的看起来都很难  我也有疑问   因为当时是被告知这是理想假设   很多跟实验结果有出入    用户没有必要了解

我不理解的地方在于任何数电板子引脚按定义连起来就用    还是现在我们用的显卡主板已经大部分用到传输线理论用两根导线间的空隙来做高频信号调制解调了？  印象里只有同轴线SATA线是此应用  况且还要转门的调制解调电路    还是我们的PCI 北桥都已经是是这种编码信号传输方式？

至于辐射  本科方向是微波天线  实验室泡了一年人不如鬼  不然不敢出来讲  但是那些公式实在让人痛苦   有些东西说起来是绝对不会跟本专业出身有区别   辐射能级的东西跟天线振子的面积长度频率位置关系很大    这方面如果有异议   说来听听无妨

英语么...  TOEFL和GRE之后就是应用比较多  看些期刊PAPER什么的做课题  每天实验室的洋人都是互相听懂就OK   到反而不在意所谓的水平了   脑子里怎么想就怎么说了   现丑了 :huh:

QQSFF

原帖由 huyou 于 2008-10-11 10:30 发表
看来看去,还是QQSFF的话比较让人信服些.楼主说的"信号在电路板上以电磁波形式传播",还真不敢相信.

LZ说的东西没错     举例说你电脑里的SATA线和同轴线都是这个原理    射频电路的东西    跟数电无关   而且这东西就是本专业的看起来都很难  我也有疑问   因为当时是被告知这是理想假设   很多跟实验结果有出入    用户没有必要了解

我不理解的地方在于任何数电板子引脚按定义连起来就用    还是现在我们用的显卡主板已经大部分用到传输线理论用两根导线间的空隙来做高频信号调制解调了？  印象里只有同轴线SATA线是此应用  况且还要转门的调制解调电路    还是我们的PCI 北桥都已经是是这种编码信号传输方式？

至于辐射  本科方向是微波天线  实验室泡了一年  不然不敢出来讲  但是那些公式实在让人痛苦   有些东西说起来是绝对不会跟本专业出身有区别   辐射能级的东西跟天线振子的面积长度频率位置关系很大    这方面如果有异议   说来听听无妨

英语么...  TOEFL和GRE之后就是应用比较多  看些期刊PAPER什么的做课题  每天实验室的洋人都是互相听懂就OK   到反而不在意所谓的水平了   脑子里怎么想就怎么说了   现丑了 :huh:

QQSFF

原帖由 huyou 于 2008-10-11 10:30 发表
看来看去,还是QQSFF的话比较让人信服些.楼主说的"信号在电路板上以电磁波形式传播",还真不敢相信.

LZ说的东西没错     举例说你电脑里的SATA线和同轴线都是这个原理    射频电路的东西    跟数电无关   而且这东西就是本专业的看起来都很难  我也有疑问   因为当时是被告知这是理想假设   很多跟实验结果有出入    用户没有必要了解

我不理解的地方在于任何数电板子引脚按定义连起来就用    还是现在我们用的显卡主板已经大部分用到传输线理论用两根导线间的空隙来做高频信号调制解调了？  印象里只有同轴线SATA线是此应用  况且还要转门的调制解调电路    还是我们的PCI 北桥都已经是是这种编码信号传输方式？

至于辐射  本科方向是微波天线  实验室泡了一年  不然不敢出来讲  但是那些公式实在让人痛苦   有些东西说起来是绝对不会跟本专业出身有区别   辐射能级的东西跟天线振子的面积长度频率位置关系很大    这方面如果有异议   说来听听无妨

英语么...  TOEFL和GRE之后就是应用比较多  看些期刊PAPER什么的做课题  每天实验室的洋人都是互相听懂就OK   到反而不在意所谓的水平了   脑子里怎么想就怎么说了 :huh:

QQSFF

原帖由 huyou 于 2008-10-11 10:30 发表
看来看去,还是QQSFF的话比较让人信服些.楼主说的"信号在电路板上以电磁波形式传播",还真不敢相信.

LZ说的东西没错     举例说你电脑里的SATA线和同轴线都是这个原理    射频电路的东西    跟数电无关   而且这东西就是本专业的看起来都很难   我也有疑问   因为当时是被告知这是理想假设   很多跟实验结果有出入    用户没有必要了解

我不理解的地方在于任何数电板子引脚按定义连起来就用    还是现在我们用的显卡主板已经大部分用到传输线理论用两根导线间的空隙来做高频信号调制解调了？  印象里只有同轴线SATA线是此应用  况且还要转门的调制解调电路    还是我们的PCI 北桥都已经是是这种编码信号传输方式？

至于辐射  本科方向是微波天线  实验室泡了一年  不然不敢出来讲  但是那些计算公式很BT   有些东西说起来是绝对不会跟本专业出身有区别    辐射能级的东西跟天线振子的面积长度频率位置关系很大    这方面如果有异议   说来听听无妨

英语么...  TOEFL和GRE之后就是应用比较多  看些期刊PAPER什么的做课题  每天实验室的洋人都是互相听懂就OK   到反而不在意所谓的水平了   脑子里怎么想就怎么说了   现丑了 :huh:

QQSFF

原帖由 huyou 于 2008-10-11 10:30 发表
看来看去,还是QQSFF的话比较让人信服些.楼主说的"信号在电路板上以电磁波形式传播",还真不敢相信.

LZ说的东西原理没错     举例说你电脑里的SATA线和同轴线都是这个玩意    射频电路的东西  信号编码调频后送出   跟数电无关   但也没到考虑辐射的级别   而且这东西就是本专业的看起来都很难   你要搞明白这个首先要推翻你中学学的经典物理基础  我也有疑问   因为当时是被告知这是理想假设  客观并不存在  很多跟实验结果有出入   

因此一般用户完全没有必要了解   
我没有想到是不是前端总线PCI总线也是否也用的这样的传输方式  我也做过控制屏的系统开发  在ARM9还是MCS51只是连电路   写写协议对传感器反馈信号写好程序   是不用考虑这些RF电路的东西的     因为传输线的要求是十分严格的

[ 本帖最后由 QQSFF 于 2008-10-11 17:08 编辑 ]

QQSFF

原帖由 蒋PJ 于 2008-10-11 10:01 发表
还有就是楼主,我是不想细看怎么多楼层发言,搞个电子开关电路出来谈,搞些英文术语搞得很过瘾,不过就是电子开关电路的输入输出 驱动电路 最后搞个CPU内部的理论结构,(参考大学计算机里) 术语 LZ以为这个和电磁波信号看 ...

我觉得你太可爱了.....   
出于关心爱护  小朋友你还是闪吧.....  不然......

[ 本帖最后由 QQSFF 于 2008-10-11 10:52 编辑 ]

Ecc27

开辟新战场了,继续关注{biggrin:]

ATXT

我想知道 电磁炉 微波炉 电热毯 是不是不能用了。。 看完那贴似乎还没有结论。。都是争议。。。哪位达人讲一下。。:lol:

Travis

你确定你接受过大学教育么……

VLIW

原帖由 蒋PJ 于 2008-10-11 08:54 发表
希望大家看看CPU的设计和制作的技术文章,其实了解这些理论知识并不是很复杂的,像克隆技术一样理论,超简单,主要是其研究性和操作性难度很大.现在的CPU还是以电子信号传播,0 1的机器编码为基本,简单的说就是电子开关,设 ...

呵呵, 原理就是0和1而已,貌似是很简单...
但其实随便往任何方向稍微探究一点点的细节, 保证你的头会比现在大无数倍.
比如本帖主题"高速信号在pcb导线上打的传播形式", 白话之就是某个芯片的输出脚在0和1之间的转换是如何传递到另一芯片的输入脚的.
一眼看去很简单, 用根线把两个脚连起来不是自动过去了.....实际上整个过程非常复杂,我下一个帖子尝试描述一下...

周末比上班还累...{cry:] , 上班能打N个帖子,周末只能晚上10点多来发个帖...

VLIW

这篇描述基本围绕最简单的信号互联展开, 一个芯片(以下简称A)的输出脚经一段导线后到达另一芯片(以下简称B)的输入脚, 无任何其他互连.

首先说一个基本概念, CMOS电路的单端信号的输入脚对外面的线路的负载呈现为容性,大小一般几到几十pF (法拉的负12次方).....记住了,不是多少欧姆电阻...
简言之, 对A的输出脚来说等效为接了一段导线和一个电容.
这个容性负载是现在的CMOS电路的普遍设计和特性决定的, 各种芯片的datasheet都会注明自己的输入脚的Load capacitance为多少pF.
不服并要和我PK的同学最好去查阅下IBIS模型.....

那么我们所说的信号到底是什么东西呢?是电流吗?非也.在数字电路理,一个信号不是从0变到1,就是从1变到0.
假设当A的输出从0到1, 也就是一个上升沿. 这个状态的改变是很快的,但并不是在无限快的时间内完成的. 以前的老的芯片可能是几个纳秒 (纳是负九次), 现在的芯片普遍是一纳秒以内了. 当这样快的一个电压转变发生的时候,会迅速与周围形成电势差,("周围"包括了前面的导线和包围导线的介质). 记住, 电势差同样存在于导线的不同部分,于是形成导线上电子的流动,并把A的输出端的这个电压的变化一路传递下去.传递的是电势而不是电流, 所以传播速度是电磁波的速度. PCB的表层上面的信号基本是走过6个英寸花费一个纳秒.

这里就需要提到阻抗的概念, 信号在传播过程中碰到阻抗突变会发生发射. 反射在CMOS电路中是不可避免的, 因为在到达输入端的时候, 负载为容性, 基本是无穷大的阻抗, 这里信号几乎会被全部反射回去. 所以PCB设计工程师要做的就是阻止信号在源端再一次反射并形成振铃, 常用手段是加源端匹配电阻.

以上是最简单的单端信号的点对点连接.....实际往往有更复杂的连接拓扑关系, 或者差分信号等等....确保信号完整性变得很不容易.

我自己也并非搞清了所有细节, 所以只能简述一下.

VLIW

原帖由 QQSFF 于 2008-10-11 10:49 发表


LZ说的东西原理没错     举例说你电脑里的SATA线和同轴线都是这个玩意    射频电路的东西  信号编码调频后送出   跟数电无关   但也没到考虑辐射的级别   而且这东西就是本专业的看起来都很难   你要搞明白这个首 ...

咳咳, SATA是数字电路.......
SATA用的是低电压差分信号 (LVDS).
差分信号用两根线相减来传递一个信号,好处多多.
首先串扰的影响被极大的消除, 差分信号不容易被干扰, 也不容易干扰其他信号(除非带了高频共模噪音).
其次因为用两根线来表示一个信号,对于电压的精度要求大大降低. 举个例子, 单端的1.8V的DDR2的信号,需要把1.8V砍成三个范围, 高电平,低电平,和中间隔离两个电平的范围...OMG...而用两根线来表示的话,信号的电压范围就是单根线的范围的两倍.
两根线的好处同样适用于上升沿, 电路板的速度提升不是没有极限的, 极限就是上升沿占到信号周期的一半的时候,再提高的话,信号还没升到顶就得下来了....用两根线来表示一个信号, 上升沿的压力被两根线来分担, 等于速度加倍!

QQSFF

原帖由 VLIW 于 2008-10-11 23:45 发表



咳咳, SATA是数字电路.......
SATA用的是低电压差分信号 (LVDS).
差分信号用两根线相减来传递一个信号,好处多多.
首先串扰的影响被极大的消除, 差分信号不容易被干扰, 也不容易干扰其他信号(除非带了高频共 ...

印象里这样8B/10B的编码调制的东西都是射频电路用的     想起来同轴线就把SATA搭上了

还有阁下引用的传输线定理来说辐射我是绝对持保留意见的   这是电路课里面最BT的东西  只在理论上存在   与实验结果却相悖     但是实际上也这么用    当年问讲课的老师也是一脸茫然   叫就这么按公式算做题就好   后来方向没有专攻就放下了

[ 本帖最后由 QQSFF 于 2008-10-12 05:43 编辑 ]

QQSFF

原帖由 VLIW 于 2008-10-11 23:28 发表
那么我们所说的信号到底是什么东西呢?是电流吗?非也.在数字电路理,一个信号不是从0变到1,就是从1变到0.
假设当A的输出从0到1, 也就是一个上升沿. 这个状态的改变是很快的,但并不是在无限快的时间内完成的. 以前的老的芯片可能是几个纳秒 (纳是负九次), 现在的芯片普遍是一纳秒以内了. 当这样快的一个电压转变发生的时候,会迅速与周围形成电势差,("周围"包括了前面的导线和包围导线的介质). 记住, 电势差同样存在于导线的不同部分,于是形成导线上电子的流动,并把A的输出端的这个电压的变化一路传递下去.传递的是电势而不是电流, 所以传播速度是电磁波的速度. PCB的表层上面的信号基本是走过6个英寸花费一个纳秒.

波延不够陡是MOS管的特性决定的    测DELAY做IC设计也常测作优化  只不过比你们开发到手的芯片NS要低得多是PS数量级的   波延的非理想性造成信号的翻转延迟也常遇到    学电的当然明白工作点电势差这些概念的   

但是这个电子抖动传递电势差已经到微观层面上的东西了   这玩意应该算物理学的领域了   你做SYSTEM开发也只是照着规格来就好   我们都不是物理专业   这里你我只是经验主义的冲突    再说详细可能需要查文献论文来说明了   

因为说起这类非调制的直流脉冲我绝对不能同意这是导线间电磁波在起传递作用  过于混淆视听了    电磁波牵扯到电场磁场互换转移   我没记错的话传输线定理整个一套东西都是理想假设   但是在实际电路设计应用中是正确的   但是到物理层面做实验是相悖的（阁下平时开发自然有相关的行业守则   但是有些东西定义是不能反推的   比如传输线定理是不能就推出这玩意真的是电磁波在作用   只能按这个公式算   因为导体内微观宏观情况下的各种定义   我们自己都晕）

另外我本科时候方向是微波天线的  关于辐射也不会张口乱讲   只不过可能不喜欢用些莫名其妙的术语引起误会了:blink:

VLIW

原帖由 QQSFF 于 2008-10-12 05:41 发表

印象里这样8B/10B的编码调制的东西都是射频电路用的     想起来同轴线就把SATA搭上了

还有阁下引用的传输线定理来说辐射我是绝对持保留意见的   这是电路课里面最BT的东西  只在理论上存在   与实验结果却相悖  ...

编码是编码, 传送信号的物理层是物理层, 你看到过8B/10B在射频里面用过, 就认定只能射频电路用?:o SATA是没有任何疑问的高速数字信号,包含两对差分对.

传输线是一个理论,不是一个定理, 确实是PCB设计的基础的基础, 但很多人都没搞清楚.
对于PCB设计者来说,比较简单低速的电路,只要信号都连接关系都对了,往往PCB上连阻抗都不控制都能正常工作. 拿个简单的示波器量个时钟的波形可能也像模像样的.殊不知要测量波形, 应该要拿信号时钟频率5倍以上的带宽的示波器,才能比较正确的量到边沿的波形, 探头也需要用有源探头才能使探头对信号本身的影响最小.
要想正确的实验这个理论, 需要找一个质量过关的PCB工厂来生产阻抗控制良好的PCB(+/-10%是常用的标准),然后示波器也至少得是几w美金的,一个有源探头往往就是好几k了. 没有好的设备,连正确的波形都量不到.

VLIW

原帖由 QQSFF 于 2008-10-12 06:24 发表


波延不够陡是MOS管的特性决定的    测DELAY做IC设计也常测作优化  只不过比你们开发到手的芯片NS要低得多是PS数量级的   波延的非理想性造成信号的翻转延迟也常遇到    学电的当然明白工作点电势差这些概念的    ...

这就是PCB上的表层信号在有信号通过时的电磁场分布. 我已经说的够白话了, 核心是: 信号是一个电压的变化, 传播的时候传播的是电势差.

你自己仔细想想你说的"直流脉冲"这个词....

QQSFF

原帖由 VLIW 于 2008-10-12 10:54 发表


编码是编码, 传送信号的物理层是物理层, 你看到过8B/10B在射频里面用过, 就认定只能射频电路用?:o SATA是没有任何疑问的高速数字信号,包含两对差分对.

传输线是一个理论,不是一个定理, 确实是PCB设计的基础的 ...

阁下的意思是你能在实际条件下用物理实验证明传输线理论？  你确定传输线理论规定的那些东西和公式是客观实际存在的而不是理想条件假设？ 还是我理解错阁下的意思了？

VLIW

原帖由 QQSFF 于 2008-10-12 11:03 发表

阁下的意思是你能在实际条件下用物理实验证明传输线理论？  你确定传输线理论规定的那些东西和公式是客观实际存在的而不是理想条件假设？ 还是我理解错阁下的意思了？

我的意思是,传输线理论在PCB上最直接的体现就是信号反射的公式,可以通过测试信号的波形来看到.
事实上测量PCB上的阻抗的仪器TDR -Time Domain Reflectometer就是直接用的PCB的传输线理论最基本的信号反射的公式.

这个理论不容易理解, 但也绝对没你想的那么BT.在欧美公司做PCB设计的没有不懂的 :)

QQSFF

怎么尽搬些最头痛的东西......   搞物理竞赛拿奖的跟混学上的就是不一样  先汗下自己:wacko:
原理我也会背倒是....   
我的意思是   管他波形信号模型...  微带线  带状线   TEM准TEM...  电势差....串扰...耦合....  这玩意能产生足够传播出去的辐射么？

VLIW

原帖由 QQSFF 于 2008-10-12 11:33 发表
怎么尽搬些最头痛的东西......   搞物理竞赛拿奖的跟混学上的就是不一样  先汗下自己:wacko:
原理我也会背倒是....   
我的意思是   管他波形信号模型...  微带线  带状线   TEM准TEM...  电势差....串扰...耦合. ...

这个问题就复杂了, 返回路径 (return path) 在这里是一个极其重要的因素, 就一个输出端和一个输入端的最简单的连接关系而言, 需要一个返回路径才能组成一个回路. 如果这条导线下面有一个完整的平面, 返回路径就在这条导线的正下方,你看我前面的那个图就能有点感性认识. 但是如果下面不是一个完整平面, 返回路径可能就要绕个大圈,结果造成就是整个回路变成一个大圈,会形成一定辐射. 现在的IC的驱动能力一般是几十毫安 (千分之一安) ,也就是每个信号上在输出端驱动时上面有几十毫安的电流,假如板子上有几十或者几百条这样的大回路....形成的辐射会很可观.

另外的可能是高频噪音可能从高速切换的芯片通过电源和地等传到板子的其他部分并从信号线等传播出去. 总之辐射可能通过各种路径传播出来.这块是非常让人头疼的问题.

但是回到最先的那个问题, 我的看法是机箱很难把辐射全给屏蔽起来, 而且电脑产生的辐射应该也不至于达到手机的水平.