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电路基础培训

电路基础培训. 中兴通讯 CDMA 事业部 设计开发部 郭丹旦 2005.5. 硬件人员的基本素质. 回顾常用的电路基础常识 了解设计开发部设计需要的一些基本电路知识 接口 时钟 / 定时 上下拉 互联中的问题 —— SI ，热拔插 通过案例了解一些电路设计的常见问题. 本次课程内容. 电阻，欧姆定律 基尔霍夫定律（ KCL ， KVL ） 电容：电压不能突变 电感：电流不能突变. 电路常识. 戴维宁等效. 线性叠加定理 戴维宁等效 诺顿等效. 电路常识. 一阶 RC 电路 使信号变缓 滤去窄脉冲 消除高频分量. 电路常识.

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Presentation Transcript

  1. 电路基础培训 中兴通讯CDMA事业部 设计开发部 郭丹旦 2005.5

  2. 硬件人员的基本素质

  3. 回顾常用的电路基础常识 了解设计开发部设计需要的一些基本电路知识 接口 时钟/定时 上下拉 互联中的问题——SI，热拔插 通过案例了解一些电路设计的常见问题 本次课程内容

  4. 电阻，欧姆定律 基尔霍夫定律（KCL，KVL） 电容：电压不能突变 电感：电流不能突变 电路常识

  5. 戴维宁等效 • 线性叠加定理 • 戴维宁等效 • 诺顿等效

  6. 电路常识 • 一阶RC电路 • 使信号变缓 • 滤去窄脉冲 • 消除高频分量

  7. 电路常识 • 一阶RL电路 • 当开关断开时，电感电流不能断续 • 会感应出高电压 • 为了防止开关（电子开关）损坏，对电感需要添加续流电路 • 继电器线圈，电机线圈等都是电感负载

  8. 器件远不是理想的 电源 额定功率，内阻，纹波，频率特性，负载特性…… 电阻： 额定功率，阻值误差，温度系数，噪声，寄生参数…… 电容 击穿电压，ESR，ESL，漏电流，介质吸收，温度，湿度，漏液（液体铝电解电容），明火（固体钽电解电容）…… 电感 电阻，寄生电容，功率…… 电路常识

  9. 电路分析基础（很多教材可选） 厂商器件手册和应用注记（电容，电感，电阻和磁珠的厂家也有手册，不要忽略哟！） H&H, The Art of Electronics, 2nd Edition Analog Devices AN-348 Avoiding Passive-Component Pitfalls 电路常识参考资料

  10. 硬件开发人员常用知识 • 电源 • 线性电源 • 开关电源 • PLD • 接口 • 时钟/定时 • 电路互联 • 可靠性 • 专门知识 • DSP，MCU，桥片，混合电路…… 简单单板示意

  11. 接口 • 我们常用的接口电平 • LVTTL，LVCMOS • RS-232，RS-485 • LVDS，BLVDS，MLVDS • CML，PECL/LVPECL • 单端/差分传输 • 单端：TTL，CMOS，RS-232 • RS-485，LVDS，CML，PECL • 并行/串行传输 • 将低速的并行信号复用，通过高速串行链路或者光纤传输。

  12. 用于一般速率的数据传送，板内时钟分发 单端传输 简单，成熟，便宜 最常用的电平（3.3V LVTTL器件）： VOH 2.4V, VOL 0.4V, VIH 2.0V, VIL 0.8V，有400mV的裕度 实际的切换电平在0.8~2.0V之间的某一个电平，可能随电源、温度、厂商等有一些变化 VOH（VOL）随着输出负载电流的降低（增加） 信号完整性问题使噪声裕度进一步降低 接口——LVTTL/LVCMOS

  13. 成熟，低速 232电平（来源于TIA/EIA-232-F-1997） 适用于点到点传输 -15~-3V Marking（Logic 1） +3~+15V Spacing（Logic 0） 接收端电阻3KOhm~7KOhm（典型5KOhm），电容不大于2500pF（电缆长度受到电容的限制） 485电平（来源于TIA/EIA-485-A-1998） 差分传输 最高10Mbps 共模电压-7V~+12V，最大输入电压范围-7~+15V 输出差分电压1.5~6V(开路)，输入差分电压0.2~5V 接口—— RS-232/RS-485

  14. 接口—— LVDS（Low Voltage Differential Signaling） LVDS基本原理 • 高速，低摆幅，低功耗 • Multi-drop LVDS • BLVDS (NSC) 10mA电流 • MLVDS (TI， TIA/EIA-899) 11.3mA电流，控制摆率（1ns） TI MLVDS 阈值

  15. 接口—— CML/ECL • CML（Current Mode Logic） • ECL（Emitter-Coupled Logic） • NECL（-5.2V Vee） • PECL（+5V Vcc） • LVPECL（+3.3V Vcc） • 输出50欧姆端接到Vcc-2V，输入共模电平Vcc-1.3V Check the datasheet for detailed information

  16. 高速串行链路多种标准需要进行接口 电压摆幅 共模电平范围 端接 直流耦合 直接接口，需要仔细处理接口的共模电平范围 交流耦合 通过电容隔直，可以单独设置共模偏置，设计容易 交流耦合时，数据中0-1个数不同，会导致传输失败，需要直流平衡编码——CIMT，8B/10B 接口——直流耦合，交流耦合和平衡

  17. 器件厂商器件手册 《普通逻辑电平接口器件应用指导书》 TIA/EIA-232-F-1997 TIA/EIA-485-A-1998 Texas Instrument LVDS Application and Data Handbook National SemiconductorLVDS User Manual Texas Instrument Application notes about Interfacing between signals ON Semi Applation notes about PECL 接口部分参考资料

  18. 触发器与同步电路 输入只在时钟切换的时候对输出产生影响，或是说“与时钟同步” 为什么使用同步电路？ 避免器件受温度，电压，工艺的影响； 易于消除电路的毛刺，使设计更可靠 同步电路可以很容易地组织流水线，提高运行速度 系统在时钟的“驱动”下工作，时钟在系统中至关重要 时钟——系统的心脏

  19. 时钟偏斜 • 时钟偏斜（Skew） • 定义：时钟实际到达时间和期望到达时间之间的差异 • 来源 • 同一器件不同输出之间的偏斜 • 不同器件之间的偏斜 • 不同路径延迟导致的偏斜 • 不同级数的时钟树 • 要控制传输路径延迟，而不是线长 • 不同负载状况导致的偏斜

  20. 时钟抖动 • 时钟抖动（Jitter） • 频偏，漂动和抖动 • 抖动的分类 • 确定性抖动，随机抖动 • 抖动的来源 • 抖动的影响 • 多级锁相环系统可能产生谐振 • 多时钟系统中会打破系统定时状况——用FIFO解决 • FIFO系统中 会使FIFO中的数据量发生变化

  21. 定时 • 时钟的单调性 • 一些常见参数 • Tco: Clock to output delay • Tsu: Setup time • Th: Hold time • Tpd: Propagation delay • 建立时间问题和保持时间问题 • 异步时序可能存在问题 • 同步时序的最长延迟问题和最短延迟问题

  22. Howard Johnson, Martin GrahamHigh-Speed Signal Propagation – A Handbook of Advanced Black Magic， Chapter 12 Cypress Semiconductor Perfect Timing 部分高速设计译文 时钟/定时部分参考资料

  23. 上下拉——重要但是被忽略的问题 • 为什么信号线上要加上下拉？ • 什么时候要加上下拉？ • 上拉还是下拉？ • 用多大的电阻上下拉？

  24. 为什么要加上下拉？ 预置电平 总线上下拉，复位预置，控制线上下拉 防止输入浮空 普通器件未用输入端，可能3态的信号线（总线上下拉） 建立电平 OC/OD，I2C，CML，PECL 测试需要 对于固定高/低的信号，为了测试激励需要，需要上下拉 端接 在CML，PECL电路中常见类似上下拉的情况 上下拉

  25. 器件内置的上下拉 总线保持器件 节省了上下拉电阻 使设计考虑复杂化 ISP MACH 4000 EPLD 全局可编程的上拉，下拉，悬空，或者总线保持 Cyclone FPGA 单独可编程的上拉，或者悬空 上下拉

  26. 怎么选择上拉或者下拉？ 数据线/总线根据需要电平选择上下拉 受控OE端一般选择让器件无效 怎么选择电阻？ 对于CMOS器件，我们一般选择10K都可以满足要求 多个负载可能需要不同的电阻 充分考虑器件内部的上下拉情况 下拉比上拉电阻小是TTL时代留下来的惯例 上下拉

  27. 接口电平兼容——最起码的要求 驱动能力 热拔插场合会出现什么问题？ 高速电路中会有什么问题？ 互联

  28. 热拔插应用 Ioff 和 PU3S 保护二极管的影响 模拟开关和其他带有钳位保护二极管的器件 上拉还是下拉？ I2C器件能否在热拔插场合工作？ 互联

  29. 互联 • 高速设计中，PCB走线就是理想导线吗？ • 信号就是理想的样子吗？

  30. 器件厂商器件手册 《普通逻辑电平接口器件应用指导书》 Howard Johnson 《高速数字设计》 上下拉、互联部分参考资料

  31. 采用另外文稿授课 案例分析

  32. 大家有什么问题？ Q&A

  33. 谢谢大家！ The End

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