信號的接收端可能是集成芯片的一個引腳,也可能是其他元器件。不論接收端是什么,實際的器件的輸入端必然存在寄生電容,接受信號的芯片引腳和相鄰引腳之間有一定的寄生電容,和引腳相連的芯片內(nèi)部的布線也會存在寄生電容,另外引腳和信號返回路徑之間也會存在寄生電容。
好復(fù)雜,這么多寄生電容!其實很簡單,想想電容是什么?兩個金屬板,中間是某種絕緣介質(zhì)。這個定義中并沒有說兩個金屬板是什么形狀的,芯片兩個相鄰引腳也可以看做是電容的兩個金屬板,中間介質(zhì)是空氣,不就是一個電容么。芯片引腳和PCB板內(nèi)層的電源或地平面也是一對金屬板,中間介質(zhì)是PCB板的板材,常見的是FR4材料,也是一個電容。呵呵,搞來搞去,還是回到了最基礎(chǔ)的部分。高手不要笑,太簡單了。不過確實很多人看到寄生電容就感到有點暈,理解不透,所以在這里啰嗦一下。
回到正題,下面研究一下信號終端的電容有什么影響。將模型簡化,用一個分立電容元件代替所有寄生電容,如圖1所示。
我們考察B點電容的阻抗情況。電容的電流為:
隨著電容的充電,電壓變化率逐漸減?。?/span>電路原理中的瞬態(tài)過程),電容的充電電流也不斷減小。即電容的充電電流是隨時間變化的。
電容的阻抗為:
因此電容所表現(xiàn)出來的阻抗隨時間變化,不是恒定的。正是這種阻抗的變化特性決定了電容對信號影響的特殊性。如果信號上升時間小于電容的充電時間,最初電容兩端的電壓迅速上升,這時阻抗很小。隨著電容充電,電壓變化率下降,充電電流減小,表現(xiàn)為阻抗明顯增大。充電時間無窮大時,電容相當于開路,阻抗無窮大。
阻抗的變化必然影響信號的反射。在充電的開始一段時間,阻抗很小,小于傳輸線的特性阻抗,將發(fā)生負反射,反射回源端A點的信號將產(chǎn)生下沖。隨著電容阻抗的增加,反射逐漸過渡到正反射,A點的信號經(jīng)過一個下沖會逐漸升高,最終達到開路電壓。
因此電容負載使源端信號產(chǎn)生局部電壓凹陷。精確波形和傳輸線的特性阻抗、電容量、信號上升時間有關(guān)。
對于接收端,很明顯,就是一個RC充電電路,不是很嚴謹,但是和實際情況非常相似。電容兩端電壓,即B點電壓隨RC充電電路的時間常數(shù)呈指數(shù)增加(基本電路原理)。因此電容對接收端信號上升時間產(chǎn)生影響。
RC充電電路的時間常數(shù)為 這是B點電壓上升到電壓終值的 即37%所需的時間。B點電壓10%~90%上升時間為
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