高速電路設計阻抗匹配的幾種方法-電路保護-電子元件技術網

你的位置：首頁 > 電路保護 > 正文

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)。

串(chuan)聯(lian)匹(pi)配(pei)是(shi)最(zui)常(chang)用(yong)的(de)終(zhong)端(duan)匹(pi)配(pei)方(fang)法(fa)。它(ta)的(de)優(you)點(dian)是(shi)功(gong)耗(hao)小(xiao)，不(bu)會(hui)給(gei)驅(qu)動(dong)器(qi)帶(dai)來(lai)額(e)外(wai)的(de)直(zhi)流(liu)負(fu)載(zai)，也(ye)不(bu)會(hui)在(zai)信(xin)號(hao)和(he)地(di)之(zhi)間(jian)引(yin)入(ru)額(e)外(wai)的(de)阻(zu)抗(kang)，而(er)且(qie)隻(zhi)需(xu)要(yao)一(yi)個(ge)電(dian)阻(zu)元(yuan)件(jian)。

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

在(zai)信(xin)號(hao)源(yuan)端(duan)阻(zu)抗(kang)很(hen)小(xiao)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)，通(tong)過(guo)增(zeng)加(jia)並(bing)聯(lian)電(dian)阻(zu)使(shi)負(fu)載(zai)端(duan)輸(shu)入(ru)阻(zu)抗(kang)與(yu)傳(chuan)輸(shu)線(xian)的(de)特(te)征(zheng)阻(zu)抗(kang)相(xiang)匹(pi)配(pei)，達(da)到(dao)消(xiao)除(chu)負(fu)載(zai)端(duan)反(fan)射(she)的(de)目(mu)的(de)。實(shi)現(xian)形(xing)式(shi)分(fen)為(wei)單(dan)電(dian)阻(zu)和(he)雙(shuang)電(dian)阻(zu)兩(liang)種(zhong)形(xing)式(shi)。

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)。

推薦閱讀：
硬件工程師都應該掌握的防反接電路，你都Get到了嗎？
五種三極管測量方法分享
35個儀表結構原理動畫，直觀、易懂！
TVS的伏安特性曲線、參數、選型，工程師確定都明白嗎？
5G應用即將到來我們該如何擁抱未來？

要采購導線麼，點這裏了解一下價格!

上一篇：硬件工程師都應該掌握的防反接電路，你都Get到了嗎？

下一篇：如何對敏感型電子信號輸入實施過壓保護？

特別推薦

技術文章更多>>

技術白皮書下載更多>>

熱門搜索

友情鏈接(QQ：317243736)

我愛方案網 ICGOO元器件商城創芯在線檢測芯片查詢天天IC網電子產品世界無線通信模塊控製工程網電子開發網電子技術應用與非網世紀電源網 21ic電子技術資料下載電源網電子發燒友網中電網中國工業電器網連接器礦山設備網工博士智慧農業工業路由器天工網乾坤芯電子元器件采購網亞馬遜KOL 聚合物鋰電池工業自動化設備企業查詢工業路由器元器件商城連接器 USB中文網今日招標網塑料機械網農業機械中國IT產經新聞網高低溫試驗箱

關閉

關閉