有想過嗎,高速信號(hào)隔直電容為什么是幾百NF量級(jí)的?
發(fā)布時(shí)間:2023-10-13 15:38
交流耦合電容,坊間也俗稱隔直電容,相信大家對(duì)它的原理都非常的熟悉,就是把直流電平隔掉,保證傳輸過程中電平的轉(zhuǎn)換不會(huì)影響接收端。下面的一條常見的PCIE4.0的金手指鏈路,TX端會(huì)有隔直電容,做過類似硬件原理的朋友都知道,電容的容值一般就是100到幾百nf級(jí)別的,有的用100nf,有的用220nf,差不多就是這個(gè)量級(jí)了。
大家用著也很習(xí)慣,只要鏈路的阻抗損耗等PCB參數(shù)優(yōu)化好了,功能上也不會(huì)有什么問題,今天高速先生拋開自己的老本行---高速鏈路在PCB的優(yōu)化不說,就聊聊這個(gè)隔直電容容值的不同對(duì)高速信號(hào)的影響!
首先我們提取上面的這條PCB鏈路的無源結(jié)果,電容的話我們來嘗試PCIE常用的220nF的電容,為了研究不同容值電容的影響,我們找一個(gè)1nF的電容來做對(duì)比??纯?20nf和1nf電容對(duì)PCIE4.0信號(hào)的影響。
首先我們看看損耗方面的差異哈,16Gbps的PCIE4.0信號(hào)基頻是8GHz,然后我們“驚訝”的發(fā)現(xiàn),兩種不同容值的電容在8GHz頻點(diǎn)的損耗幾乎是一樣的。
難道不同容值的電容就真的對(duì)高速信號(hào)沒有影響?細(xì)心的朋友可能此刻已經(jīng)在放大上面那張損耗的對(duì)比圖了,然后就猛的發(fā)現(xiàn)還是有一個(gè)局部地方是有差異的,沒錯(cuò)!就是放大很多倍之后看到低頻的位置其實(shí)是不一樣的哈。
從放大之后的結(jié)果可以看到,1nf電容在很低很低頻段的時(shí)候其實(shí)是比220nf電容的損耗要大的,后面頻率上去之后兩者才慢慢趨于一致。也就是說,不同容值電容在較低頻段對(duì)高速信號(hào)的傳輸作用是不同的。
當(dāng)然說到這里很多朋友會(huì)問,那然后呢,到底對(duì)高速信號(hào)的影響在哪里,能不能說得讓大家明白一點(diǎn)?當(dāng)然可以!高速先生的宗旨就是通俗易懂,那我們?cè)俳又轮v,通過波形和眼圖的形式繼續(xù)分析它們的差異哈!
我們知道,高速串行信號(hào)的碼型其實(shí)是隨機(jī)碼,什么叫隨機(jī)碼,也就是可能在某些時(shí)刻會(huì)出現(xiàn)下面這兩種碼型比較極端的碼型。
上面那種就是很多長(zhǎng)“1”的碼型,也就是連續(xù)很多位都是“1”,下面那種可能還正常一點(diǎn),就是“1”和“0”切換得更頻繁的碼型。相信我!對(duì)比這兩種碼型經(jīng)過這條不同容值電容鏈路后的情況你們就知道差異了。
首先我們用這兩串碼型去通過220nf電容的鏈路,第一串長(zhǎng)“1”的碼型發(fā)送過去的效果:
然后是第二串“1”和“0”切換頻繁的鏈路發(fā)送過去的效果:
感覺還行啊,兩種碼型都符合大家的預(yù)期吧,除了有一點(diǎn)損耗之外,幅度,電平這些都很好,沒什么問題!
那趁熱打鐵吧,我們?cè)儆眠@兩串碼型發(fā)送到1nf的鏈路中去,看看接收端的表現(xiàn)。
首先我們先用第二串“1”和“0”切換頻繁的鏈路發(fā)送過去,先看它的表現(xiàn):
不能說一模一樣,但是真的和220nf的時(shí)候沒區(qū)別??!先別緊張,我們接著來看看長(zhǎng)“1”的這串碼型發(fā)到1nf電容鏈路的情況,要是看完了,也沒區(qū)別,你們?cè)僮邌h!
來啦,長(zhǎng)“1”的這串碼型發(fā)到1nf電容鏈路的效果是這樣的:
從波形的大小上看也沒區(qū)別啊????不是,好像還真有點(diǎn)區(qū)別,什么區(qū)別呢?波形和眼圖的幅度為什么會(huì)拉下來啦?怕大家沒理解,我補(bǔ)一張對(duì)比的波形圖,這次能看到差異了吧?
這時(shí)就看到1nf電容鏈路對(duì)高速信號(hào)的影響了吧,不對(duì)稱的眼圖會(huì)導(dǎo)致有效的眼寬和眼高都非常小,所以選對(duì)隔直電容的容值對(duì)高速串行信號(hào)的性能還是影響賊大的,一直沿用下來的100nf或者220nf還是很有道理的哈!