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高速電路設計阻抗匹配的幾種方法

發布時間：2019-11-12 責任編輯：lina

【導讀】在高速數字電路係統中，電路數據傳輸線上阻抗如果不匹配會引起數據信號反射，造成過衝、xiachonghezhenlingdengxinhaojibian，dangranxinhaoyanchuanshuxianchuanboguochengdangzhong，ruguochuanshuxianshanggechujuyouyizhidexinhaochuanbosudu，bingqiedanweichangdushangdedianrongyeyiyang，namexinhaozaichuanboguochengzhongzongshikandaowanquanyizhideshunjianzukang。

為什麼要阻抗匹配?

在高速數字電路係統中，電路數據傳輸線上阻抗如果不匹配會引起數據信號反射，造成過衝、xiachonghezhenlingdengxinhaojibian，dangranxinhaoyanchuanshuxianchuanboguochengdangzhong，ruguochuanshuxianshanggechujuyouyizhidexinhaochuanbosudu，bingqiedanweichangdushangdedianrongyeyiyang，namexinhaozaichuanboguochengzhongzongshikandaowanquanyizhideshunjianzukang。由於在整個傳輸線上阻抗維持恒定不變，我們給出一個特定的名稱，來表示特定的傳輸線的這種特征或者是特性，稱之為該傳輸線的特征阻抗。

特征阻抗是指信號沿傳輸線傳播時，信號感受的瞬間阻抗的值。特征阻抗主要參數與PCB導線所在的板層、PCB所用的材質(介電常數)、走線寬度、導線與平麵的距離等因素有關，與走線長度無關。特征阻抗可以使用軟件計算。高速PCB布線中，一般把數字信號的走線阻抗設計為50歐姆，這是個大約的數字。一般規定同軸電纜基帶50歐姆，頻帶75歐姆，對絞線(差分)為100歐姆。

而(er)減(jian)小(xiao)反(fan)射(she)的(de)方(fang)法(fa)是(shi)根(gen)據(ju)傳(chuan)輸(shu)線(xian)的(de)特(te)性(xing)阻(zu)抗(kang)在(zai)其(qi)發(fa)送(song)端(duan)串(chuan)聯(lian)端(duan)接(jie)使(shi)源(yuan)阻(zu)抗(kang)與(yu)傳(chuan)輸(shu)線(xian)阻(zu)抗(kang)匹(pi)配(pei)或(huo)者(zhe)在(zai)接(jie)收(shou)端(duan)並(bing)聯(lian)端(duan)接(jie)使(shi)負(fu)載(zai)阻(zu)抗(kang)與(yu)傳(chuan)輸(shu)線(xian)阻(zu)抗(kang)匹(pi)配(pei)，從(cong)而(er)使(shi)源(yuan)反(fan)射(she)係(xi)數(shu)或(huo)者(zhe)負(fu)載(zai)反(fan)射(she)係(xi)數(shu)為(wei)零(ling)。常(chang)用(yong)的(de)端(duan)接(jie)方(fang)式(shi)為(wei)：串聯端接、簡單的並聯端接、戴維寧端接、RC網絡端接等。

下麵我們將分別對這幾種端接方式進行分析

1、串聯端接

高速電路設計阻抗匹配的幾種方法

串聯端接

在信號源端阻抗低於傳輸線特征阻抗的條件下，在信號的源端和傳輸線之間串接一個電阻R，使源端的輸出阻抗與傳輸線的特征阻抗相匹配，抑製從負載端反射回來的信號發生再次反射。

匹配電阻選擇原則：匹配電阻值與驅動器的輸出阻抗之和等於傳輸線的特征阻抗。常見的CMOS和TTL驅動器，其輸出阻抗會隨信號的電平大小變化而變化。因此，對TTL或CMOS電(dian)路(lu)來(lai)說(shuo)，不(bu)可(ke)能(neng)有(you)十(shi)分(fen)正(zheng)確(que)的(de)匹(pi)配(pei)電(dian)阻(zu)，隻(zhi)能(neng)折(zhe)中(zhong)考(kao)慮(lv)。鏈(lian)狀(zhuang)拓(tuo)撲(pu)結(jie)構(gou)的(de)信(xin)號(hao)網(wang)路(lu)不(bu)適(shi)合(he)使(shi)用(yong)串(chuan)聯(lian)終(zhong)端(duan)匹(pi)配(pei)，所(suo)有(you)的(de)負(fu)載(zai)必(bi)須(xu)接(jie)到(dao)傳(chuan)輸(shu)線(xian)的(de)末(mo)端(duan)。

chuanlianpipeishizuichangyongdezhongduanpipeifangfa。tadeyoudianshigonghaoxiao，buhuigeiqudongqidailaiewaidezhiliufuzai，yebuhuizaixinhaohedizhijianyinruewaidezukang，erqiezhixuyaoyigedianzuyuanjian。

常見應用：一般的CMOS、TTL電路的阻抗匹配。USB信號也采樣這種方法做阻抗匹配。

2、簡單的並聯端接

高速電路設計阻抗匹配的幾種方法

並聯端接

zaixinhaoyuanduanzukanghenxiaodeqingkuangxia，tongguozengjiabingliandianzushifuzaiduanshuruzukangyuchuanshuxiandetezhengzukangxiangpipei，dadaoxiaochufuzaiduanfanshedemude。shixianxingshifenweidandianzuheshuangdianzuliangzhongxingshi。

匹配電阻選擇原則：在芯片的輸入阻抗很高的情況下，對單電阻形式來說，負載端的並聯電阻值必須與傳輸線的特征阻抗相近或相等;對雙電阻形式來說，每個並聯電阻值為傳輸線特征阻抗的兩倍。

並聯終端匹配優點是簡單易行，顯而易見的缺點是會帶來直流功耗：單電阻方式的直流功耗與信號的占空比緊密相關;雙電阻方式則無論信號是高電平還是低電平都有直流功耗，但電流比單電阻方式少一半。

常見應用：以高速信號應用較多。

(1)DDR、DDR2等SSTL驅動器。采用單電阻形式，並聯到VTT(一般為IOVDD的一半)。其中DDR2數據信號的並聯匹配電阻是內置在芯片中的。

(2)TMDS等高速串行數據接口。采用單電阻形式，在接收設備端並聯到IOVDD，單端阻抗為50歐姆(差分對間為100歐姆)。

3、戴維寧端接

高速電路設計阻抗匹配的幾種方法

戴維寧端接

上shang拉la端duan接jie會hui拉la高gao低di電dian平ping，下xia拉la端duan接jie會hui降jiang低di高gao電dian平ping，這zhe兩liang種zhong端duan接jie方fang式shi雖sui然ran都dou可ke以yi抑yi製zhi過guo衝chong和he振zhen鈴ling，但dan同tong時shi也ye會hui減jian小xiao信xin號hao裕yu量liang，如ru果guo使shi用yong不bu當dang還hai會hui造zao成cheng信xin號hao電dian平ping的de誤wu觸chu發fa。戴dai維wei南nan端duan接jie方fang式shi既ji可ke以yi抑yi製zhi過guo衝chong，又you沒mei有you這zhe些xie缺que陷xian。

常見應用：以DDR2地址、控製命令等信號。

以上三終端接比較

高速電路設計阻抗匹配的幾種方法

戴維南端接優勢更大

缺點就是在邏輯高和邏輯低狀態下，都有直流功耗，所以該端接方式功耗較大，同時所用器件較多，容易造成PCB布線緊張。

4、RC端接

戴維南端接在電路沒有工作的時候，上拉電阻和下拉電阻上依然會有電流，這樣會增加電路的功率消耗。為了解決這個問題，RC端接被派上了用場。有些地方也叫AC端接，其實就是在並聯端接的基礎上增加了一個電容，電容一般采用0.1uF多(duo)層(ceng)陶(tao)瓷(ci)電(dian)容(rong)，由(you)於(yu)電(dian)容(rong)通(tong)低(di)頻(pin)阻(zu)高(gao)頻(pin)的(de)作(zuo)用(yong)，因(yin)此(ci)電(dian)阻(zu)不(bu)是(shi)驅(qu)動(dong)源(yuan)的(de)直(zhi)流(liu)負(fu)載(zai)，故(gu)這(zhe)種(zhong)端(duan)接(jie)方(fang)式(shi)無(wu)任(ren)何(he)直(zhi)流(liu)功(gong)耗(hao)，交(jiao)流(liu)功(gong)耗(hao)也(ye)非(fei)常(chang)小(xiao)，該(gai)端(duan)接(jie)主(zhu)要(yao)用(yong)於(yu)時(shi)鍾(zhong)電(dian)路(lu)。

高速電路設計阻抗匹配的幾種方法

RC端接

為實現阻抗匹配，R的電阻值也要等於傳輸線的阻抗值。電容的容值對信號有什麼影響呢

高速電路設計阻抗匹配的幾種方法

RC端接電容的影響

藍色波形是傳統的下拉端接。綠色，紫色和紅色，分別是電容取100pF，150pF和200pF的時候對應的波形。

需注意，此RC電路可能會因此電路上升沿變換，雖然會降低EMC，但如果過緩，則會引起數據線是敘問題。在數據線上使用這種電路時，需特別小心。

5、終端肖特基並聯端接

高速電路設計阻抗匹配的幾種方法

肖特基端接

又(you)叫(jiao)二(er)極(ji)管(guan)並(bing)聯(lian)端(duan)接(jie)，通(tong)常(chang)應(ying)用(yong)在(zai)器(qi)件(jian)內(nei)部(bu)。現(xian)在(zai)很(hen)多(duo)器(qi)件(jian)自(zi)帶(dai)有(you)輸(shu)入(ru)保(bao)護(hu)二(er)極(ji)管(guan)，該(gai)端(duan)接(jie)能(neng)有(you)效(xiao)減(jian)小(xiao)信(xin)號(hao)過(guo)衝(chong)和(he)下(xia)衝(chong)，但(dan)並(bing)不(bu)能(neng)消(xiao)除(chu)反(fan)射(she);同時二極管的開關速度會限製響應時間，所以較高速係統不合適。

最zui後hou，在zai實shi際ji的de工gong程cheng應ying用yong中zhong，具ju體ti使shi用yong哪na種zhong端duan接jie，需xu要yao具ju體ti問wen題ti具ju體ti分fen析xi。信xin號hao性xing質zhi不bu同tong，對dui信xin號hao質zhi量liang的de要yao求qiu也ye不bu同tong。最zui主zhu要yao的de是shi需xu要yao了le解jie各ge種zhong端duan接jie的de優you缺que點dian以yi及ji係xi統tong對dui信xin號hao的de要yao求qiu，來lai最zui後hou確que定ding使shi用yong那na種zhong端duan接jie方fang案an。

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