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ONU电路设计与信号完整性分析

作　者: 倪芸
导　师: 姚晓东
学　校: 华东理工大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 信号完整性 光网络单元 差分传输 混合模S参数 信号不连续
分类号: TN41
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要


在突飞猛进的高速电路系统中,伴随时钟频率和传输速度的大幅度提升,MHz甚至GHz的高速元件越来越多地在通信、信号处理等领域中被使用,继而带来的是复杂的信号完整性问题。当信号在高速电路中传输时,会发生反射、串扰、延迟、衰减等现象,引发电路系统工作不稳定。因此,正确处理高速电路的信号完整性问题,成为了决定PCB设计优良与否的关键因素。本论文以光网络单元ONU为设计平台,首先基于传输线理论、电磁场理论、混合模S参数理论等,对影响信号完整性的各种因素以及产生的原理进行深入分析,并提出相应现象的解决方法。然后,利用电磁仿真软件,借助频域分析结果,研究在高速电路中,具有频变特性和分布参数特性的互连或封装结构,当物理上不连续时,其信号完整性的情况。分析了传输路径上添加通孔、以及内电层返回路径开槽处对信号的影响。接下来,从SerDes接口入手,研究差分传输线的共模串扰噪声和差分信号眼图,推导出最优化的SerDes差分接口电路设计方案。文中使用Cadence SigXplorer作为信号完整性仿真分析工具,Ansoft HFSS作为频域混合S参数电磁场分析工具。并且,应用Cadence Allegro PCB布线工具,基于以上各项分析数据,完成ONU的PCB电路设计。本文所实践的高速电路信号完整性分析和ONU电路设计流程,可以提高PCB设计效率和成功率,降低设计成本和风险,实现电路设计的最优化。在理论研究和实际的工程应用、设计流程改善等方面有重要参考价值。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章 绪论  9-14
  1.1 研究的背景及意义  9-11
    1.1.1 ONU的简介  9-10
    1.1.2 信号完整性在ONU设计中的意义  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-12
  1.3 本文的主要内容  12-14
第2章 信号完整性基本理论  14-29
  2.1 麦克斯韦方程组  14-15
  2.2 传输线理论  15-19
    2.2.1 传输线结构  15
    2.2.2 传输线的电场和磁场  15-16
    2.2.3 传输线等效模型和特性参数  16-19
  2.3 混合模S参数网络理论  19-24
    2.3.1 散射(S)参数网络理论  19-20
    2.3.2 差分电路混合模S参数理论  20-23
    2.3.3 混合模S参数的网络特性  23-24
  2.4 差分线和差分阻抗  24-28
    2.4.1 差分信号与差分对  24-26
    2.4.2 差分阻抗及其计算  26-28
  2.5 本章小结  28-29
第3章 非理想互连的分析与设计  29-41
  3.1 导通孔对信号完整性的影响  29-34
    3.1.1 导通孔的种类  29
    3.1.2 单端传输线上通孔的建模与仿真  29-32
    3.1.3 差分通孔的仿真  32-34
  3.2 地平面开槽对信号完整性的影响  34-40
    3.2.1 地平面的开槽结构  34-35
    3.2.2 开槽处传输矩阵建模  35-38
    3.2.3 开槽处串扰的仿真  38-40
  3.3 本章小结  40-41
第4章 基于EPON的SerDes差分信号完整性分析设计  41-56
  4.1 差分接口的逻辑电平  41-46
    4.1.1 LVPECL逻辑电平原理  41-45
    4.1.2 CML逻辑电平原理  45-46
  4.2 EPON SerDes接口设计  46-49
    4.2.1 交流耦合方案设计  46-47
    4.2.2 直流耦合方案设计  47-49
  4.3 仿真与结果  49-55
    4.3.1 IBIS仿真模型  49-51
    4.3.2 共模串扰噪声  51-53
    4.3.3 差分信号眼图  53-55
  4.4 本章小结  55-56
第5章 ONU硬件电路的实现  56-65
  5.1 ONU总体硬件框图  56
  5.2 主要模块的设计  56-60
    5.2.1 主控制芯片模块  56-58
    5.2.2 以太网交换模块  58-59
    5.2.3 时钟模块  59-60
    5.2.4 电源模块  60
  5.3 PCB设计  60-62
    5.3.1 PCB层叠结构  60-61
    5.3.2 PCB布局和布线  61-62
  5.4 PCB板的后仿真  62-64
  5.5 本章小结  64-65
第6章 总结和展望  65-66
  6.1 全文总结  65
  6.2 未来工作的展望  65-66
参考文献  66-70
致谢  70-71
在学期间发表的论文  71

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 微电子学、集成电路（IC） > 印刷电路
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