關(guān)于阻抗匹配一
.阻抗匹配的研究
在高速的設(shè)計中,阻抗的匹配與否關(guān)系到信號的質(zhì)量優(yōu)劣。阻抗匹配的技術(shù)可以說是豐富多樣,但是在具體的系統(tǒng)中怎樣才能比較合理的應(yīng)用,需要衡量多個方面的因素。例如我們在系統(tǒng)中設(shè)計中,很多采用的都是源段的串連匹配。對于什么情況下需要匹配,采用什么方式的匹配,為什么采用這種方式。
例如:差分的匹配多數(shù)采用終端的匹配;時鐘采用源段匹配;1
、 串聯(lián)終端匹配
串聯(lián)終端匹配的理論出發(fā)點是在信號源端阻抗低于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,抑制從負(fù)載端反射回來的信號發(fā)生再次反射.
串聯(lián)終端匹配后的信號傳輸具有以下特點:
A
由于串聯(lián)匹配電阻的作用,驅(qū)動信號傳播時以其幅度的50%向負(fù)載端傳播;
B
信號在負(fù)載端的反射系數(shù)接近+1,因此反射信號的幅度接近原始信號幅度的50%。
C
反射信號與源端傳播的信號疊加,使負(fù)載端接受到的信號與原始信號的幅度近似相同;
D
負(fù)載端反射信號向源端傳播,到達(dá)源端后被匹配電阻吸收;?
E
反射信號到達(dá)源端后,源端驅(qū)動電流降為0,直到下一次信號傳輸。相對并聯(lián)匹配來說,串聯(lián)匹配不要求信號驅(qū)動器具有很大的電流驅(qū)動能力。選擇串聯(lián)終端匹配電阻值的原則很簡單,就是要求匹配電阻值與驅(qū)動器的輸出阻抗之和與傳輸線的特征阻抗相等。理想的信號驅(qū)動器的輸出阻抗為零,實際的驅(qū)動器總是有比較小的輸出阻抗,而且在信號的電平發(fā)生變化時,輸出阻抗可能不同。比如電源電壓為+
4.5V的CMOS驅(qū)動器,在低電平時典型的輸出阻抗為37Ω,在高電平時典型的輸出阻抗為45Ω[4];TTL驅(qū)動器和CMOS驅(qū)動一樣,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電路來說,不可能有十分正確的匹配電阻,只能折中考慮。
鏈狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的信號網(wǎng)路不適合使用串聯(lián)終端匹配,所有的負(fù)載必須接到傳輸線的末端。否則,接到傳輸線中間的負(fù)載接受到的波形就會象圖
3.2.5中C點的電壓波形一樣。可以看出,有一段時間負(fù)載端信號幅度為原始信號幅度的一半。顯然這時候信號處在不定邏輯狀態(tài),信號的噪聲容限很低。
串聯(lián)匹配是最常用的終端匹配方法。它的優(yōu)點是功耗小,不會給驅(qū)動器帶來額外的直流負(fù)載,也不會在信號和地之間引入額外的阻抗;而且只需要一個電阻元件。2
、 并聯(lián)終端匹配并聯(lián)終端匹配的理論出發(fā)點是在信號源端阻抗很小的情況下,通過增加并聯(lián)電阻使負(fù)載端輸入阻抗與傳輸線的特征阻抗相匹配,達(dá)到消除負(fù)載端反射的目的。實現(xiàn)形式分為單電阻和雙電阻兩種形式。
并聯(lián)終端匹配后的信號傳輸具有以下特點:
A
驅(qū)動信號近似以滿幅度沿傳輸線傳播;
B
所有的反射都被匹配電阻吸收;
C
負(fù)載端接受到的信號幅度與源端發(fā)送的信號幅度近似相同。
在實際的電路系統(tǒng)中,芯片的輸入阻抗很高,因此對單電阻形式來說,負(fù)載端的并聯(lián)電阻值必須與傳輸線的特征阻抗相近或相等。假定傳輸線的特征阻抗為
50Ω,則R值為50Ω。如果信號的高電平為5V,則信號的靜態(tài)電流將達(dá)到100mA。由于典型的TTL或CMOS電路的驅(qū)動能力很小,這種單電阻的并聯(lián)匹配方式很少出現(xiàn)在這些電路中。
雙電阻形式的并聯(lián)匹配,也被稱作戴維南終端匹配,要求的電流驅(qū)動能力比單電阻形式小。這是因為兩電阻的并聯(lián)值與傳輸線的特征阻抗相匹配,每個電阻都比傳輸線的特征阻抗大。考慮到芯片的驅(qū)動能力,兩個電阻值的選擇必須遵循三個原則:
⑴
. 兩電阻的并聯(lián)值與傳輸線的特征阻抗相等;
⑵
. 與電源連接的電阻值不能太小,以免信號為低電平時驅(qū)動電流過大;
⑶
. 與地連接的電阻值不能太小,以免信號為高電平時驅(qū)動電流過大。并聯(lián)終端匹配優(yōu)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(guān)?;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。因而不適用于電池供電系統(tǒng)等對功耗要求高的系統(tǒng)。另外,單電阻方式由于驅(qū)動能力問題在一般的
TTL、CMOS系統(tǒng)中沒有應(yīng)用,而雙電阻方式需要兩個元件,這就對PCB的板面積提出了要求,因此不適合用于高密度印刷電路板。當(dāng)然還有:
AC終端匹配; 基于二極管的電壓鉗位等匹配方式。麥斯艾姆(
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2013-4-27 15:27 上傳
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