高速PCB基础知识1—如何区分高低速信号

  在说明这个问题之前，需要对信号的频率做一些定义，如下图所示：

假设信号的周期为T_clock，周期频率为F_clock，信号上升沿或下降沿从最大幅度的10%变化到90%所对应的时间为T_knee，这个时间所确定的频率被称为有效频率F_knee，周期频率和有效频率的表达式为

\[\begin{cases} F_{clock}=\dfrac{1}{T_{clock}} \\[6pt] F_{knee}=\dfrac{1}{2T_{knee}} \end{cases} \]

  我们知道，对于任意一个频率为f₀的周期信号，可以由多个频率分量的正弦信号叠加得到，假设N次谐波分量的幅度理论值为A_N，但是在实际信号中，高次谐波的幅度要比理论值小，若第N 次谐波信号的实际幅度A_ac 的值为理论幅度A_N 的70%（功率为50%），此时所对应的频率就是有效频率（F_knee=Nf₀）。
  低速信号为传输路径上各点电平大致相同的信号（集总思维分析），高速信号为传输路径上各点电平存在较大差异的信号（分布思维分析）。
  高速信号和低速信号主要是根据有效频率 F_knee 和走线长度 L 来确定，具体方法如下：
（1）获得信号的有效频率\(F_{knee}\)和走线长度\(L\)；
（2）根据信号有效频率\(F_{knee}\)来计算信号波长\(\lambda_{knee}\)，具体表达式如下：

\[\lambda_{knee}=\dfrac{V_d}{F_{knee}} \]

  其中V_d 表示信号在介质中传播的速度；
（3）若走线长度L>1/6 λ_knee，则为高速信号，否则为低速信号；
  信号有效频率如何得到呢？
① 直接利用仪器测量信号幅度从10%变化到90%的时间，然后计算频率；如果无法直接测量，可以按照信号周期频率的7倍进行估算，例如信号周期频率为100MHz，那么可以近似认为其有效频率为700MHz；
② 若信号本身的周期频率就已经很高了（例如1GHz以上），此时不能按照上述的7倍关系来进行估算；另外，对于高频信号，讨论其是否是高速信号已经没有意义了，它本身就可以确定为是高速信号了。