互连的带宽
互连的带宽:
互连的带宽是指能被互连传输且未造成有效损耗的最高正弦波频率分量。何谓“有效”?在一些应用中,若传输的信号小于人射信号的95%,就认为是太小而失效，没法用了。而在其他情况中,传输的信号幅度小于人射信号的10%依然被认为是可用的。在远距离电视电缆系统中,接收端甚至可以使用仅有源端功率1%的信号。很明显,传输的信号为多大才算是有效这个概念,与具体应用的技术条件密切相关。实际上,互连的带宽是指互连能够传输的满足应用技术条件的最高正弦波频率分量。
提示 : 一般而言，在实际中使用的“有效”指的是传输的频率分量幅度减小了3dB，也就是说幅度减小为入射值的70%。这就是经常提到的互连的3dB带宽。
互连的带宽既可以在时域中测量,也可以在频域中测量。一般而言,如果源阻抗与传输线的特性阻抗不相等，则会发生复杂的多次反射，这时就要认真地解释产生的结果了。
在频域中测量互连的带宽是非常直截了当的。天量网络分析仪产生不同频率的正弦波从互连的前端注入，然后测出远端输出正弦波的大小。它测量的基本上就是互连的传递函数, 而互连就如同一个滤波器。有时这也被称为互连的插入损耗。如果互连的阻抗为50，与天量网络分析仪的阻抗相匹配，这时的解释就更简单了.
图2.19为正弦波通过FR4板上的4in长的50Ω传输线后测量的幅度值，这里的测量带宽为20GHz。互连的3dB带宽约为8GHz,这意味着,如果输入一个8GHz的正弦波,那么远端得到的信号幅度至多为原信号幅度的70%。进一步讲,如果互连的带宽为8GHz，那么1GHz的正弦波几乎100%传至互连的远端。
对于互连带宽可以近似用下述场景加以阐释:如果理想方波传输通过该互连，则低于8CHz的各个正弦波分量都能被传输,传输前后的幅度大致相同;但高于8GHz的分量的幅度就会变得不再有效。
一个上升边为1ps的信号,在经过互连传输后，其上升边可能为0.35/8GHz=0.043ns,即43pS，这说明互连使上升边退化了。
提示: 互连的带宽是对互连所能传输信号的最短上升边的直接度量.
如果互连的带宽是1GHz，所能传输信号的最快边沿就是350ps，这就是互连的本征上升边。如果一个边沿为350ps的信号进入互连,那么它输出时的上升边是多少呢?这是个很微妙的问题。输出后的上升边可近似为下式:
其中,表示输出信号的10%~90%上升边，
表示输入信号的10%~90%上升边,
表示互连的本征10%~90%上升边。这里假设人射频谱和互连的响应频谱都对应于高斯形状的上升边。
例如，在4in长的互连中,输入上升边为50ps的信号，经传输后信号的上升边则为
与人射波上升边相比，传输后波形的上升边增大了约17 pS。
前面介绍的是在频域中的测量。图2.20所示为对于同一个4in长的50Ω互连,在时域中进行的测量。从图中可看出，与输入波形相比,输出波形从起点就有了时移，并一直延伸下去。
信号进入 PCB走线时，波形的上升边是50ps,测量的输出波形10%~90%上升边是 80ps。需要指出，这时实测的输出波形有着有损传输线的特征,其顶部有很长的拖尾失真。如果仔细比较在幅度同为70%处的附加时延，则仍然约为15ps。这与前面预估的非常接近。
如果上升边为1ns的信号进入本征上升边为0.1ns的互连,那么传输后的上升边约为(1ns+0.1ns)的平方根，即1.005ns,这基本上还是1ns,所以互连对上升边没有影响。然而，如果互连的本征上升边是0.5ns,则输出的上升边将是1.1ns,这时互连开始对上升边有明显的影响。
提示 : 要使互连对信号上升边造成的附加量不超过10%，互连的本征上升边就要小于该信号上升边的50%，这是个简单的经验法则。
提示: 从频域角度讲，为了较好地传输带宽为1GHz的信号，互连的带宽应至少为该信号带宽的2倍，即2 GHz。
要记住，这是个经验法则，它不能用于设计签发，只能用于粗略地估计或确定一个设计目如果互连的带宽小于信号带宽的2倍，就需要分析互连对整个信号频谱的影响程度。