高速单片机硬件关键参数设计概述

要表现为5个方面：延迟、反射、串扰、同步切换噪声和电磁兼容性。

　　延迟是指信号在PCB板的导线上以有限的速度传输，信号从发送端发出到达接收端，其间存在一个传输延迟。信号的延迟会对系统的时序产生影响。在高速数字系统中，传输延迟主要取决于导线的长度和导线周围介质的介电常数。

　　当PCB板上导线(高速数字系统中称为传输线)的特征阻抗与负载阻抗不匹配时，信号到达接收端后有一部分能量将沿着传输线反射回去，使信号波形发生畸变，甚至出现信号的过冲和下冲。如果信号在传输线上来回反射，就会产生振铃和环绕振荡。

　　由于PCB板上的任何两个器件或导线之间都存在互容和互感，因此，当一个器件或一根导线上的信号发生变化时，其变化会通过互容和互感影响其它器件或导线，即串扰。串扰的强度取决于器件及导线的几何尺寸和相互距离。

　　信号质量表现为几个方面。对于大家熟知的频率、周期、占空比、过冲、振铃、上升时间、下降时间等，在此就不作详细介绍了。下面主要介绍几个重要概念。

　　①高电平时间（high time），指在一个正脉冲中高于Vih_min部分的时间。

　　②低电平时间（low time），指在一个负脉冲中低于Vil_max部分的时间，如图3所示。

　　③建立时间（setup time），指一个输入信号（input signal）在参考信号（reference signal）到达指定的转换前必须保持稳定的最短时间。

　　④保持时间（hold time），是数据在参考引脚经过指定的转换后，必须稳定的最短时间，如图4所示。

　　⑤建立时间裕量（setup argin），指所设计系统的建立时间与接收端芯片所要求的最小建立时间的差值。

　　⑥保持时间裕量（hold argin），指所设计系统的保持时间与接收端芯片所要求的最小保持时间之间的差值。

　　⑦时钟偏移（clock skew），指不同的接收设备接收到同一时钟驱动输出之间的时间差。

　　⑧Tco（time clock to output，时钟延迟），是一个定义包括一切设备延迟的参数，即Tco=内部逻辑延迟 （internal logic delay） + 缓冲器延迟（buffer delay）。

　　⑨最大经历时间（Tflightmax），即final switch delay，指在上升沿，到达高阈值电压的时间，并保持高电平之上，减去驱动所需的缓冲延迟。

　　⑩最小经历时间（Tflightmin），即first settle delay，指在上升沿，到达低阈值电压的时间，减去驱动所需的缓冲延迟。

　　时钟抖动（clock jitter），是由每个时钟周期之间不稳定性抖动而引起的。一般由于PLL在时钟驱动时的不稳定性引起，同时，时钟抖动引起了有效时钟周期的减小。

　　串扰（crosstalk）。邻近的两根信号线，当其中的一根信号线上的电流变化时（称为aggressor，攻击者），由于感应电流的影响，另外一根信号线上的电流也将引起变化（称为victim，受害者）。

　　SI是个系统问题，必须用系统观点来看。以下是将问题的分解。

◆ 传输线效应分析：阻抗、损耗、回流……

◆ 反射分析：过冲、振铃……

◆ 时序分析：延时、抖动、SKEW……

◆ 串扰分析

◆ 噪声分析：SSN、地弹、电源下陷……

◆ PI设计：确定如何选择电容、电容如何放置、PCB合适叠层方式……

◆ PCB、器件的寄生参数影响分析

◆ 端接技术等

3 电源完整性PI

　　PI的提出，源于当不考虑电源的影响下基于布线和器件模型而进行SI分析时所带来的巨大误差，相关概念

《高速单片机硬件关键参数设计概述(第2页)》