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最近的项目纠结于负载电容()的问题。大家都认为 的 寄生电容过大了,从而
导致 上的信号无法运行在我们预期的频率上。
抛开其他的不讲,我倒是对这个 的负载电容觉得很蹊跷。多大的负载电容就算大了?这得仔细想想了。
在数字电路中,信号从发送端传递到接受端可以视为一个充放电的过程。我们假设一种最典型的场景,即
发送端是推拉发送电路而接收端是个高阻输入电路,并且接收端有寄生的电容。那么,发送端驱动高电平
的时候将对接收端的电容进行充电过程,而发送端驱动低电平的时候就是让接收端的电容进行放电过程。
充放电过程可以有两种方式来实现:
恒流充电,即驱动器使用恒定的电流来对电容进行充放电,驱动器相当于恒流源。
恒压充电,即驱动器使用恒定的电压来对电容进行充放电,驱动器相当于恒压源。
那么两种情况下充放电的时间 是多少呢,这才是我们关心的。
对于情况 , 比较好计算 其中 是电容的容量, 是充电目标电压, 是充电电流, 是充电
结束需要的总电荷量。
对于情况 , 的计算相对复杂,如下:因为 !所以 !所以 !"
解这个微分方程得 #$! 而充电到 %&所需要的时间则为 !(! 称为时间常
数)类似地,对于放电过程有 #$! 放电到 & 也需要 ! 的时间。注'! 是驱动器的输出
电阻
所以对于上升沿或者下降沿时间为 的输入信号,接收端电容 将使输入信号的边沿时间变为"
!! 再开方。这里的 ! 是驱动端电路的输出阻抗。但是,一般的 都不直接给出这一数值,而是给出
输出高低电平时的驱动电流大小 ,个人理解可以按 ! 去近似估算。
在上述分析的情况下,我们来计算一下 电容对信号所造成的影响。使用的驱动器是 ())( 驱动器,极
限输出电流是 *+,所以驱动器输出电阻近似为 **+, 欧姆,所以 !-())( 驱动器空
载时上升沿时间为 -.所以最终在接收电路看到的信号的上升沿时间近似为 %-.这对于 ,/-0
1+# 也是可以以忍受的。
通过上述分析,我们可以看到 的负载电容在相对较高的电流驱动下也是存在将近 2- 的 -+#
3/3.虽然不是很大,当在做了 -4#301/ 的基础下还是够用了的。所以接收端的负载电容应该不
是造成在 *50- 数据速率情况下采样不正确的根本原因。根本原因是什么呢?)
对于像 ())((56 这样的逻辑门电路而言,) 指的是从逻辑门电路接受有效的输入信号到其输出相
应的输出信号所需要的时间延迟。这个延迟不想 7!5 的 #--#8,这是一个固有 #8,每个数据 0
的到来都要等待 ) 才能有相应的输出信号出去。可以发现 ) 对于信号运行频率有着至关重要的作用。
如果数据持续时间小于 ) 的话,那么当一个有效变化沿到来时,逻辑门电路还来不及输出相应信号,信
号的下一个有效变化沿又已经来到,从而会导致逻辑门电路的输出不正确。) 与时序逻辑电路里面的
91+# 颇为类似,但是又不尽相同所以 ,/- 的 ) 想运行到 *50- 本来就是不靠谱的事。
其实早就应该关注 ) 这个参数了,最后是在于这个项目无关的同事无意中提起后才深入地去思考,真是
惭愧啊。
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lwgui2009
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