高速数字电路的仿真

文章摘要：在实际的PCB布线时，如果由于产品结构的需要，不能缩短信号线长度时，应采用差分信号传输。差分信号有很强的抗共模干扰能力，能大大延长传输距离。差分信号有很多种，如ECL、PECL、LVDS等，表1列出LVDS相对于ECL、PECL系统的主要特点。LVDS的恒流源模式低摆幅输出使得LVDS能高速驱动，对于点到的连接，传输速率可达800Mbps，同时LVDS低噪声、低功耗，连接方便，实际中使用较多。LVDS的驱动器由一个通常为3.5mA的恒流源驱动对差分信号线组成。接收端有一个高的直流输入阻抗，几科全部的驱动电流流经10Ω的终端电阻，在接收器输入端产生约350mV电压。当驱动状态反转时，流经电阻的电

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　　在实际的PCB布线时，如果由于产品结构的需要，不能缩短信号线长度时，应采用差分信号传输。差分信号有很强的抗共模干扰能力，能大大延长传输距离。差分信号有很多种，如ECL、PECL、LVDS等，表1列出LVDS相对于ECL、PECL系统的主要特点。LVDS的恒流源模式低摆幅输出使得LVDS能高速驱动，对于点到的连接，传输速率可达800Mbps，同时LVDS低噪声、低功耗，连接方便，实际中使用较多。LVDS的驱动器由一个通常为3.5mA的恒流源驱动对差分信号线组成。接收端有一个高的直流输入阻抗，几科全部的驱动电流流经10Ω的终端电阻，在接收器输入端产生约350mV电压。当驱动状态反转时，流经电阻的电流方向改变，此时在接收端产生有效的逻辑状态。图5是利用LVDS芯片DS90LV031、DS90LV032把信号转换成差分信号，进行长距离传输的波形图。在仿真时设置仿真频率为66MHz理想方波，传输距离为508mm，差分对终端接100Ω负载匹配传输线的差分阻抗。从仿真结果看，LVDS接收端的波形除了有延迟外，波形保持完好。

　　

　　表1　LVDS、ECL、PECL逻辑标准对照表

　　

　　图5　LVDS电路仿真结果

　　串扰分析

　　由于频率的提高，传输线之间的串扰明显增大，对信号完整性也有很大的影响，可以通过仿真来预测、模拟，并采取措施加以改善。以CMOS信号为例建立仿真模型，如图6所示。在仿真时设置干扰信号的频率为66MHz的方波，被干扰者设置为零电平输入，通过调整两根线的间距和两线之间平行走线的长度来观察被干扰者接收端的波形。仿真结果如图7，分别为间距是203.2mm、406。4mm时的波形。

图6　串扰模型

　　

　　图7　不同间距的串扰仿真结果

　　从仿真结果看出，两线间距为406.4mm时，串扰电平为200mV左右，203.2mm时为500mV左右。可见两线之间的间距越小串扰越大，所以在实际高速PCB布线时应尽量拉大传输线间距或在两线之间加地线来隔离。

　　结束语

　　在高速数字电路设计中，不用仿真而只凭传统的设计方法或经验很难预测和保证信号完整性，仿真已成为高速信号设计的必要手段，利用仿真可以预测信号的传输情况，从而提高系统的可靠性。

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