EDN China > 设计实例 > EDA工具与服务 > PCB设计 > 正文
? 2016博客大赛-不限主题,寻找电子导师,大奖升级??

(多图) 应用HyperLynx解决高速采集板中阻抗匹配的问题

电子科技大学自动化工程学院 白旭 王志刚?? 2011年08月22日 ?? 收藏0

  引言

  随着数字技术和计算机技术的完善,数字化仪的采样率有很大的提高。目前,已有采样率10GS/s的数字化仪产品,可处理5GHz的模拟信号。数字化仪的采样率提高的根本原因在于AD采样芯片的速度的提高。以AD5463为例,AD5463为12位的AD采样芯片,其采样率可高达500MSPS。随着器件时钟频率日益提高,信号完整性问题变得更加严重。对大多数电子产品而言,当时钟频率超过100MHz时,信号完整性问题就变得很重要。时钟频率的升高使得控制传输线的特征阻抗和良好的端接变得很重要。特征阻抗不发生突变以及良好的端接将从根本上消除振铃现象,并且在某些条件下一定程度地减小串扰和地弹以及轨道塌陷。HyperLynx为Mentor公司的产品,该软件可提供布局布线之前的前仿真和布局布线后的后仿真。用HyperLynx计算差分阻抗可以简化设计过程并且得到更为有效和精准的结果。本文将以HyperLynx为辅助解决高速数据采集板中遇到的阻抗匹配的问题。

  采集板的技术指标和关键器件的选择

  本次设计中高速数据采集板的技术指标如下:a)垂直分辨率12bit;b)双通道同时工作交替采样,单通道采样率为500MSPS;c)有效分辨率位数大于等于10bits;d)信噪比SNR>62dB。该采集板系统的主要器件有ADC芯片,时钟芯片和通道上的模拟放大器和滤波器。

  通过对性能指标的综合分析,我们选择ADS5463为我们的ADC芯片,AD9517-3为时钟芯片。数据采集板中遇到的阻抗匹配问题主要集中在这两个芯片上。

  ADS5463的采样率为500MSPS,垂直分辨率为12bits,有效分辨位数为10.5bits。ADS5463的时钟信号输入幅值范围很宽,输入的时钟信号峰峰值最大可达到3伏。ADS5463的信噪比和时钟信号的幅度、共模电压的大小、温度以及供电电压的纹波等因素有关。其中时钟信号的幅度对信噪比影响较大,时钟信号的峰峰值越高信噪比越高。数据输出的格式为LVDS电平。

  AD9517为可编程的12通道的时钟产生器。AD9517内置有2GHz的VCO,可产生最高800MHz的LVDS时钟信号以及1.6GHz的LVPECL时钟信号。通过对寄存器的设置可以产生不同电平标准以及不同频率的时钟输出信号。

  为了尽量增大ADS5463的信噪比,AD9517的输出时钟采用LVPECL电平。LVPECL的信号摆幅为800mV,输出阻抗很低,因此它有很强的驱动能力。ADS5463的输出为LVDS电平、AD9517的输出为LVPECL电平,二者均为差分信号。为了控制差分线的阻抗并且找到一个良好的端接方案,下面引出差分阻抗的定义。

  差分线的阻抗

  对于FR4材料的边缘耦合微带线,差分阻抗近似为:

  差分阻抗

  式中,Zdiff表示差分阻抗,单位为Ω;Z0表示未耦合时的单端特性阻抗;s表示信号线边沿的间距,单位是mil;h表示信号线与返回路径平面间的介质厚度;FR4介质的介电常数决定了式中的两个系数0.48、0.96。

  对于FR4材料的边缘耦合带状线,差分阻抗近似为:

  差分阻抗

  式中,FR4介质的介电常数决定了式中的两个系数0.37、2.9,b表示平面间总的介质厚度,其余同公式(1)。

  传输线中,导线引起的总衰减为:

  导线引起的总衰减

  式中,Len表示传输线的长度,单位为in;Z0表示传输线的特征阻抗,单位为Ω;w表示线宽,单位为mil;f表示正弦波频率分量,单位为GHz;Acond表示导线引起的总的衰减,单位是dB;36这个参数和FR4介质的介质耗散因子tan(δ)有关,FR4的介质耗散因子tan(δ)为0.02。

  传输线的阻抗匹配和端接

  为了使AD采集系统满足设计指标,借助HyperLynx仿真软件的辅助,完成对ADS5463采集系统的板级仿真,减小甚至消除因为阻抗不匹配或者端接错误而带来的振铃,使AD采集系统可以正常工作在指定的频率(500MHz)。并应用上文的公式(1)(2)(3)对实验结果进行计算和分析。

  高速数字采集板的信号完整性验证板的叠层结构如图1所示。

验证板的叠层结构

图1 验证板的叠层结构

  为了使多层印制板在正常工作时能够满足电磁兼容和敏感度标准,在进行多层印制板的分层及堆叠设计时应该从信号的返回路径及电源和地层的阻抗这两个方面考虑。


上一页1234下一页
?? ?? ??


打开微信“扫一扫”,打开网页后点击屏幕右上角分享按钮

1.扫描左侧二维码
2.点击右上角的分享按钮
3.选择分享给朋友
?? ??

HyperLynx? 高速采集板? 阻抗匹配? AD5463?

相关文章

我来评论
美国的游客
美国的游客 ??? (您将以游客身份发表,请登录 | 注册)
?
有问题请反馈