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沟通耦合电容介绍

本站为您提供的交流耦合电容介绍,很简单的一个问题, 交流耦合的电容需要选择多大?我们最常见的有0.1uF和0.01uF, 可是我们有想过为什么吗?为什么不选更大或者更小的?今天我们试图来用最简单的方式来解释,我们先使用频域的方式。

电路来说,总是存在驱动的源和被驱动的负载。假如负载电容比较大,驱动电路要把电容充电、放电,才干完结信号的跳变,在上升沿比较峻峭的时分,电流比较大,这样驱动的电流就会吸收很大的电源电流,由于电路中的电感电阻(特别是芯片管脚上的电感,会发作反弹),这种电流相对于正常状况来说实践上便是一种噪声,会影响前级的正常作业。这便是耦合

去藕电容便是起到一个电池的效果,满意驱动电路电流的改变,避免相互间的耦合搅扰。

旁路电容实践也是去藕合的,仅仅旁路电容一般是指高频旁路,也便是给高频的开关噪声进步一条低阻抗泄防途径。高频旁路电容一般比较小,依据谐振频率一般是0.1u,0.01u等,而去耦合电容一般比较大,是10u或许更大,依据电路中散布参数,以及驱动电流的改变巨细来确认。

旁路是把输入信号中的搅扰作为滤除目标,而去耦是把输出信号的搅扰作为滤除目标,避免搅扰信号回来电源。这应该是他们的本质区别。

沟通耦合电容

咱们在处理高速差分信号的时分,常常运用沟通耦合,也会运用直流耦合, 比方PCI Express咱们看到的是沟通耦合, 前期光模块和芯片之间的LVPECL则更多地运用直流耦合, 这篇文章咱们不计划评论什么状况下运用沟通耦合,什么状况下运用直流耦合,咱们要评论的是运用沟通耦合时需求处理的问题。

很简略的一个问题, 沟通耦合的电容需求挑选多大?咱们最常见的有0.1uF和0.01uF, 但是咱们有想过为什么吗?为什么不选更大或许更小的?今日咱们企图来用最简略的方法来解说,咱们先运用频域的方法。

频域

以PCIE为例, 咱们知道PCIE内含8b/10b编码,而且咱们知道它的所谓2.5Gbps (PCIE1.0), 5Gbps (PCIE2.0),8Gbps (PCIE3.0)速率指的包含了8b/10b后的速率,也就波特率,这一点和以太网不一样,千兆以太网的SGMII接口速率其实1.25Gbps,去除8b/10b后比特率是1000M,所以这儿的千兆指的payload速率,而且PCIE的速率指的是加上开支今后的速率。

沟通耦合电容

题外话不多说, 咱们知道8b/10b效果是保证0和1的平衡,使得信号不会呈现很长0和很长的1,避免接纳端的CDR失,也便是去除了信号的低频部分,使得信号的频谱保持在某个频率以上。如图所示通过8b/10b编码后信号的频谱在低频段衰减了8dB。

沟通耦合电容

那么咱们怎样去除?为什么咱们要去除低频,保存高频呢?这还得从AC耦合的结构原理说起:

沟通耦合电容

依据上图,咱们进一步细化一下模型如下:

沟通耦合电容

咱们看到耦合电容和传输线的特征阻抗组成了一个高通滤波器, 如下面的图所示咱们需求保证此High pass filter的截止频率(绿色线)要低于信号通过8b/10b后的频谱的最低点(赤色线),由于只要这样才干保证信号的能量完好的通过。

沟通耦合电容

下面咱们来核算一下:

1. 传输线特征阻抗Zr=50;

2. AC coupling电容值为C;

3. PCIE信号通过8b/10b后的信号频谱也是已知的,用频谱仪测一下或许简略用速率(比方PCIE2.0的5Gbps)除以4简略预算一下, 由于8b/10b最长0或许1只要4位了;

下面咱们就来核算电容的值:

沟通耦合电容

咱们很简略就能得出C的值了,简略吧。

时域

从时域来解说, 假如不必8b/10b的话,问题有两个,请看下面这段英文的精妙论说:AC coupled data signals would have DC drifts depending on the data content. A long sequence of 1´s will lead into positive drift and many 0´s will drift toward negaTIve voltage. 意思是说假如没有8b/10b的话,信号的长0和长1会使得信号自身发作直流漂移。

沟通耦合电容

而加了8b/10b今后, CDR和康复和信号直流漂移问题处理,下面这张图咱们再来看, 所谓的“constant average value”现已趋于水平而不会上下摇晃。

沟通耦合电容

咱们持续论述8b/10b在时域的效果,信号通过了ac coupling电容之后,相当于通过了一个高通的滤波器,会发作的问题如下,高频跳变的能量能够顺畅通过, 而低频的长0和长1则不能通过, 低频信号发作了畸变,而通过了8b/10b后,信号的低频部分被消除,也不会有畸变的工作发作了。

沟通耦合电容

那么是不是说加了8b/10b后,运用ac coupling就什么问题都没有了呢? 不是, 咱们需求细心考虑核算咱们的ac coupling电容的巨细。咱们先来看看通过high pass后时域信号发作的改变:

沟通耦合电容

咱们看到依然有部分低频部分被去除,这可能是由于电容挑选不合理,咱们先来看看电容取值假如太小会怎样样?

沟通耦合电容

电容假如取值太小,高速信号在充放电的时分,很显然简略饱满,咱们知道电容一旦饱满,阻抗就会变得很大,反抗外面的高速信号的改变,为什么小电容简略饱满呢? 咱们幻想一下, 电容的正负极板其实是跟着信号跳变也在不停地做充放电,这样极板两头的极性才会跟着信号的凹凸而改变,假如是小电容再加上长0长1的低频部分到来,一下就充溢了。一旦充溢,终究导致信号的有用低频部分被去除,如下如所示,接连三个1就会导致电容饱满,咱们细心看一下改变的过程:

1) 开关打到1;

2) 电容阻抗无穷小,电阻分压最大;

3) 跟着电容充电,电容的阻抗在变大,假如饱满了,阻抗就变得无穷大,阻止外部的沟通改变,而且电阻上的分压变得很小,导致直流漂移;

4) 开关打到2;

5) 电容开端放电,如此循环往复。

咱们能够看到直流电平缓慢下降的直流漂移会带来什么, 会带来颤动,这种特别的颤动叫PDJ。

沟通耦合电容

咱们看到呈现1110的数据时,就会在1到0改变的边缘违背,发作颤动,发作的原因很简略,便是由于直流电平的起点低了,导致下降沿比正常的周期跳变信号提早了, 这种颤动是咱们不喜欢的,一方面信号变形,别的一方面CDR需求盯梢而且修正这种颤动, 是的眼图质量裂化,误码率升高。

那么电容选太大会怎样样? 当然很简略想理解,不能选太大的电容,由于大电容含有ESL/ESR,也会对信号有衰减。

所以从时域和频域的两个视点,咱们知道高速信号的ac coupling的电容挑选需求细心核算和考量, 不能随意。

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