工程师总结的估计信号完整性效应的经验法则

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经验法则只是一种大概的近似估算,它的设计目的是以最小的工作量,以知觉为基础找到一个快速的答案。经验法则是估算的出发点,它可以帮助我们区分5或50,而且它能帮助我们在设计的早期阶段就对设计有较好的整体规划。在速度和精度的权衡之间,经验法则倾向于速度,但它并不是很准确。

 

当然,不可以盲目的使用经验法则,它必须基于对基本理论的深刻了解和良好的工程判断能力。
当精确度很重要时,例如在设计中某个数值偏离百分之几就要付出百万美元的代价,就必须使用验证过的数值仿真工具。
1、信号上升时间约是时钟周期的10%,即1/10x1/Fclock。例如100MHZ 使中的上升时间大约是1NS.
2、理想方波的N 次谐波的振幅约是时钟电压副值的2/(N 派)倍。例如,1V时钟信号的第一次谐波幅度约为0.6V,第三次谐波的幅度约是0.2V。
3、信号的带宽和上升时间的关系为:BW=0.35/RT。例如,如果上升时间是1NS,
则带宽是350MHZ。如果互连线的带宽是3GHZ,则它可传输的最短上升时间约为0.1NS。
4、如果不知道上升时间,可以认为信号带宽约是时钟频率的5 倍。
5、LC 电路的谐振频率是5GHZ/sqrt(LC),L 的单位为NH,C 的单位为PF.
6、在400MHZ 内,轴向引脚电阻可以看作理想电阻;在2GHZ 内,SMT0603电阻可看作理想电阻。
7、轴向引脚电阻的ESL(引脚电阻)约为8NH,SMT 电阻的ESL 约是1.5NH。
8、直径为1MIL 的近键合线的单位长度电阻约是1 欧姆/IN。
9、24AWG 线的直径约是20MIL,电阻率约为25 毫欧姆/FT。
10、 1 盎司桶线条的方块电阻率约是每方块0.5 豪欧姆。
11、 在10MHZ 时,1 盎司铜线条就开始具有趋肤效应。
12、 直径为1IN 球面的电容约是2PF。
13、 硬币般大小的一对平行板,板间填充空气时,他们间的电容约为1PF。
14、 当电容器量板间的距离与板子的宽度相当时,则边缘产生的电容与平行板形成的产生的电容相等。例如,在估算线宽为10MIL、介质厚度为10MIL的微带线的平行板电容时,其估算值为1PF/IN,但实际的电容约是上述的两倍,也就是2PF/IN。
15、 如果问对材料特性一无所知,只知道它是有机绝缘体,则认为它的介电
常数约为4。
16、 1 片功率为1W 的芯片,去耦电容(F)可以提供电荷使电压降小于小于
5%的时间(S)是C/2。
17、 在典型电路板钟,当介质厚度为10MIL 时,电源和地平面间的耦合电容
是100PF/IN 平方,并且它与介质厚度成反比。
18、 如果50 欧姆微带线的体介电常数为4,则它的有效介电常数为3。
19、 直径为1MIL 的圆导线的局部电感约是25NH/IN 或1NH/MM。
20、 由10MIL 厚的线条做成直径为1IN 的一个圆环线圈,它的大小相当于拇
指和食指围在一起,其回路电感约为85NH。
21、 直径为1IN 的圆环的单位长度电感约是25NH/IN 或1NH/MM。例如,如
果封装引线是环形线的一部分,且长为0.5IN,则它的电感约是12NH。
22、 当一对圆杆的中心距离小于它们各自长度的10%时,局部互感约是各自
的局部互感的50%。
23、 当一对圆杆中心距与它们的自身长度相当时,它们之间的局部互感比它
们各自的局部互感的10%还要少。
24、 SMT 电容(包括表面布线、过孔以及电容自身)的回路电感大概为2NH,
要将此数值降至1NH 以下还需要许多工作。
25、 平面对上单位面积的回路电感是33PHx 介质厚度(MIL)。
26、 过孔的直径越大,它的扩散电感就越低。一个直径为25MIL 过孔的扩散电感约为50PH。
27、 如果有一个出沙孔区域,当空闲面积占到50%时,将会使平面对间的回路电感增加25%。
28、 铜的趋肤深度与频率的平方跟成反比。1GHZ 时,其为2UM。所以,10MHZ 时,铜的趋肤是20UM。
29、 在50 欧姆的1 盎司铜传输线中,当频率约高于50MHZ 时,单位长度回路电感为一常数。这说明在频率高于50MHZ 时,特性阻抗时一常数。
30、 铜中电子的速度极慢,相当于蚂蚁的速度,也就是1CM/S。
31、 信号在空气中的速度约是12IN/NS。大多数聚合材料中的信号速度约为6IN/NS。
32、 大多数辗压材料中,线延迟1/V 约是170PS/IN。
33、 信号的空间延伸等于上升时间X 速度,即RTx6IN/NS。
34、 传输线的特性阻抗与单位长度电容成反比。
35、 FR4 中,所有50 欧姆传输线的单位长度电容约为3.3PF/IN。
36、 FR4 中,所有50 欧姆传输线的单位长度电感约为8.3NH/IN。
37、 对于FR4 中的50 欧姆微带线,其介质厚度约是线宽的一半。
38、 对于FR4 中的50 欧姆带状线,其平面间的间隔时信号线线宽的2 倍。
39、 在远小于信号的返回时间之内,传输线的阻抗就是特性阻抗。例如,当驱动一段3IN 长的50 欧姆传输线时,所有上升时间短与1NS 的驱动源在沿线传输并发生上升跳变时间内感受到的就是50 欧姆恒定负载。
40、 一段传输线的总电容和时延的关系为C=TD/Z0。
41、 一段传输线的总回路电感和时延的关系为L=TDxZ0。
 

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