面試題：高速電路是什么，什么信號(hào)算高速？

來(lái)源：公眾號(hào) - 硬件大熊

作者：雕塑者

隨著現(xiàn)代芯片技術(shù)的發(fā)展，器件集成度大幅度提升，各類(lèi)數(shù)字器件的工作頻率也越來(lái)越高，信號(hào)沿已經(jīng)可以達(dá)到納秒級(jí)別甚至更小。數(shù)百兆赫茲(MHz)甚至吉赫茲(GHz)的高速信號(hào)對(duì)于設(shè)計(jì)者而言，需要考慮在低頻電路設(shè)計(jì)中所不需要考慮的信號(hào)完整性(Signal Integrity)問(wèn)題。這其中包括延時(shí)、反射、串?dāng)_、同步開(kāi)關(guān)噪聲(SSN)、電磁兼容性(EMC)。

然而，高速電路是什么，什么信號(hào)才屬于高速信號(hào)？這是筆者曾在一次面試中被問(wèn)到過(guò)的一個(gè)問(wèn)題，當(dāng)時(shí)腦袋中迅速閃過(guò)圖像數(shù)據(jù)處理、音頻處理等設(shè)計(jì)，但是如何定義所謂的“高速”卻一下子想不出來(lái)如何定義這個(gè)基本概念。

高速電路：數(shù)字邏輯電路的頻率達(dá)到或超過(guò)50MHz，而且工作在這個(gè)頻率之上的電路占整個(gè)系統(tǒng)的1/3以上，就可以稱(chēng)其為高速電路

高速信號(hào)：如果線(xiàn)傳播延時(shí)大于數(shù)字信號(hào)驅(qū)動(dòng)端上升時(shí)間的1/2，則可以認(rèn)為此類(lèi)信號(hào)是高速信號(hào)

與信號(hào)本身的頻率相比，信號(hào)邊沿的諧波頻率更高，信號(hào)快速變化的跳變(上升沿或下降沿)可能引發(fā)信號(hào)傳輸的非預(yù)期結(jié)果。如果傳輸時(shí)間大于上升或下降時(shí)間的1/2，那么信號(hào)在改變狀態(tài)之后，來(lái)自接收端的反射信號(hào)將到達(dá)驅(qū)動(dòng)端，若該反射信號(hào)很強(qiáng)，疊加的波形就有可能改變邏輯狀態(tài)。

以Tr表示信號(hào)上升時(shí)間，Tpd表示信號(hào)線(xiàn)傳播延時(shí)，

若Tr > 4Tpd，則信號(hào)落在安全區(qū)域；

若2Tpd < Tr < 4Tpd，則信號(hào)落在不確定區(qū)域；

若Tr ≤ 2Tpd，則信號(hào)將落在問(wèn)題區(qū)域。

當(dāng)信號(hào)屬于高速信號(hào)時(shí)，應(yīng)該使用高速信號(hào)布線(xiàn)方法進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)。