电路板中高频旗子暗记为什么会干扰通讯数据干扰路径在哪里？

关于旗子暗记集总参数和分布参数模型的问题

现在的掌握系统大多是微机掌握系统，这里的微机是指ARM、DSP、FPGA等数字处理器，数字电路无论从本钱上还是从工程实践上都要比仿照电路大略，尤其是通讯、电子、剖析仪器等设备；在事情中，常常碰着数字电路之间的滋扰问题，尤其是数字旗子暗记的波形边沿处会产生尖峰震荡，这个尖峰是如何产生的？

在解释这些问题之前，先来学习几个观点:集总参数元件，集总参数系统和分布参数系统；

集总参数元件：同一瞬间，输入真个输入电流即是输出真个输出电流；

集总参数系统：系统中的元器件，所通过的旗子暗记波长远远大于电路尺寸；

分布参数系统：系统中的元器件，所通过的旗子暗记波长不是远远大于电路尺寸；

波长的公式是旗子暗记的波速（单位：m/s）除以旗子暗记频率（或乘以旗子暗记周期）。

电旗子暗记的波速即是光速，3乘以10的8次方；

在日常生活中用到的市电，电压和电流频率为50Hz，则电网中基波电流波长为：

在短间隔配电电网中，配电间隔在1公里之内可以认为电流波长远远大于输电线长度，认为配电网是集总参数系统；

在长间隔输电电网中，输电间隔每每大于1000Km以上，这种情形下，电流波长并不是远远大于输电间隔；因此，认为长间隔输电电网是分布参数系统；

在集总参数系统中，每个元器件同一瞬间，输入真个输入电流即是输出真个输出电流；

由于元器件旗子暗记波长远远大于元器件尺寸，元器件尺寸与旗子暗记波长之比很小很小，常日认为由线路路径长度引起的旗子暗记波形滞后可以忽略，因此，近似认为流入电流即是流出电流；

在分布参数系统中，流入元器件的旗子暗记波长与元器件的尺寸之间数量级相称，旗子暗记波形的滞后就不能被忽略，此时，旗子暗记波形的延时滞后使得输入旗子暗记与输出旗子暗记不相等；

回归到实际的工程中，电气设备的尺寸单位常日是m级别，而设备中的电路板尺寸单位常日是cm级别，那么对付电路板线路，如果要运用电路理论去等效电路板中的元器件，线路板最大能通过的旗子暗记频率是多大？

假设旗子暗记波形的波长比线路板尺寸大103数量级，线路板尺寸为0.1m，则线路板通过的旗子暗记波长最小为100m，对应的旗子暗记频率为：

对应的旗子暗记最大周期T为

如果旗子暗记波形中含有周期小于300ns的谐波分量，这个谐波身分对集总参数等效的元器件来说，就毁坏了电路事理的基本等效模型；

根据傅里叶级数数学公式，如果把方波旗子暗记用傅里叶级数表示，那么，对付方波旗子暗记中含有高频旗子暗记分量的频率值靠近无穷大；

在实际的工程中，元器件及线路中通过频率无穷大的旗子暗记时，电路模型就无法正常用集中参数模型来等效，电路系统的输出波形也可能涌现各种诡异征象；而这些征象无法用集总参数电路理论剖析；以是，工程实践中，不再哀求方波旗子暗记是棱角分明的，每每希望方波旗子暗记有一定的边沿斜度；对付有一定斜率的梯形方波旗子暗记能够让线路系统运行更加稳定可靠；

纵然通信旗子暗记波形边沿有斜度，对付高速通讯设备而言，通讯波特率就达到了MHz级别，因此，高速通信电路一定是分布参数系统，不能用常规的集总参数电路理论来想当然的剖析问题；

如何建立分布参数数学模型？

高频通讯线路是分布参数模型，如果把旗子暗记通讯线路尺寸切割成小块，这个小块的尺寸远远小于旗子暗记波长，那么，这个分块线路仍旧可以用集总参数模型剖析，把这些足够小的分块连接起来，便是分布参数线路的数学模型。

这个图解释了在长度为L的旗子暗记线路，分割为长度为x的小段线路，每个小线段x用集总参数建模，把这些小线段连接起来构成全体旗子暗记线路的分布参数模型。

在x小线段上，包含串联的等效电阻和电感，在线路之间，包含并联的等效电容和电导。

假设高频旗子暗记U的频率为f，波长为小线段长度x的N倍，N足够大使得旗子暗记U相对付x小线段表现为集总参数模型。
在输入端和输出端同时不雅观测电压波形，在同一时候，常日不同线路长度，电压值不相等。

实际的输入旗子暗记为方波脉冲旗子暗记，输入旗子暗记中包含了很多高频正弦波分量，上图中仅仅解释了个中的一个高频正弦波旗子暗记的运动过程。
对付方波脉冲旗子暗记的输入波形，该当有很多这种不同波长的正弦波旗子暗记通过。

高频脉冲旗子暗记的测试波形图

下图是微处理器发出的旗子暗记与通讯板吸收旗子暗记波形比拟图；

1,2通道波形是FPGA输出旗子暗记，3,4通道旗子暗记是通讯芯片吸收端旗子暗记；

在FPGA发送旗子暗记的升降沿处，吸收旗子暗记有明显的尖峰震荡，而在通讯芯片吸收端旗子暗记的升降沿处，发送旗子暗记也涌现了不同程度的尖峰震荡；这些尖峰震荡，在集总参数理论中是不应该存在的。
或者说用集总参数电路理论无法阐明这个征象；

在通讯旗子暗记处理时，根据通讯数据波特率，既要改进设计事理图，也要改进PCB布板线路走线。
这些问题处理不好每每会涌现上图中所测到的旗子暗记脉冲波形的边沿处存在高频尖峰震荡，这些高频尖峰电压震荡幅度达到一定幅值，会使得触发器发生翻转，造成通讯数据缺点；

尖峰电压的抑制

这里只给出结果，不做理论剖析，感兴趣读者请参考电磁场理论，分布参数线路存在入射波和反射波叠加问题，这是造成旗子暗记边沿处存在尖峰的根本缘故原由； 为理解决这个问题，便是让反射波为零，须要对线路进行阻抗匹配，使得匹配电阻与线路阻抗相等。
为了能够很好的匹配电阻，常日先对旗子暗记进行一阶滤波，提高脉冲旗子暗记的边沿斜度，这样做的好处是可以让传输线是无畸变传输，使得R/L=G/C，线路阻抗为电阻性，才能进行阻抗匹配，如果线路阻抗不是电阻性，不好谈阻抗匹配。

然后在吸收端并联电阻进行阻抗匹配，当吸收端阻抗比线路阻抗低时，吸收端高频电压旗子暗记幅值低于输入端电压旗子暗记，吸收端旗子暗记不产生尖峰突变，反之，吸收端高频电压旗子暗记幅值高于输入端电压旗子暗记幅值，产生尖峰滋扰。
通过不雅观测波形来选择并联电阻值。

末了，旗子暗记的滋扰路径便是线路本身，不是空间滋扰，由于滋扰是由于反射波产生的，反射波的传播路径便是旗子暗记线路，抑制了反射波也就抑制了线路滋扰。