高速单片机硬件关键参数设计概述

高速单片机硬件关键参数设计概述

高速单片机硬件关键参数设计概述
摘要：随着目前新技术、新工艺的不断出现，高速单片机的应用越来越广，对硬件的可
靠性问题便提出更高的要求。本文将从硬件的可靠性角度描述高速单片机设计的关键点
。
    关键词：高速单片机 可靠性 特性阻抗 SI PI EMC 热设计
引 言
随着单片机的频率和集成度、单位面积的功率及数字信号速度的不断提高，而信号的
幅度却不断降低，原先设计好的、使用很稳定的单片机系统，现在可能出现莫名其妙的
错误，分析原因，又找不出问题所在。另外，由于市场的需求，产品需要采用高速单片
机来实现，设计人员如何快速掌握高速设计呢?
硬件设计包括逻辑设计和可靠性的设计。逻辑设计实现功能。硬件设计工程师可以直接
通过验证功能是否实现，来判定是否满足需求。这方面的资料相当多，这里就不叙述了
。硬件可靠性设计，主要表现在电气、热等关键参数上。我将这些归纳为特性阻抗、SI
、PI、EMC、热设计等5个部分。
1 特性阻抗
　　近年来，在数字信号速度日渐增快的情况下，在印制板的布线时，还应考虑电磁波
和有关方波传播的问题。这样，原来简单的导线，逐渐转变成高频与高速类的复杂传输
线了。
　　在高频情况下，印制板（PCB）上传输信号的铜导线可被视为由一连串等效电阻及一
并联电感所组合而成的传导线路，如图1所示。只考虑杂散分布的串联电感和并联电容的
效应，会得到以下公式：
　　　　　　　　
　　式中Z0即特性阻抗，单位为Ω。
　　PCB的特性阻抗Z0与PCB设计中布局和走线方式密切相关。影响PCB走线特性阻抗的因
素主要有：铜线的宽度和厚度、介质的介电常数和厚度、焊盘的厚度、地线的路径、周
边的走线等。
　　在PCB的特性阻抗设计中，微带线结构是最受欢迎的，因而得到最广泛的推广与应用
。最常使用的微带线结构有4种：表面微带线（surface
microstrip）、嵌入式微