關于阻抗匹配

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關于阻抗匹配一.阻抗匹配的研究
在高速的設計中，阻抗的匹配與否關系到信號的質量優劣。阻抗匹配的技術可以說是豐富多樣，但是在具體的系統中怎樣才能比較合理的應用，需要衡量多個方面的因素。例如我們在系統中設計中，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：差分的匹配多數采用終端的匹配；時鐘采用源段匹配；1、 串聯終端匹配
串聯終端匹配的理論出發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，抑制從負載端反射回來的信號發生再次反射.
串聯終端匹配后的信號傳輸具有以下特點：
A 由于串聯匹配電阻的作用，驅動信號傳播時以其幅度的50％向負載端傳播；
B 信號在負載端的反射系數接近＋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，使負載端接受到的信號與原始信號的幅度近似相同；
D 負載端反射信號向源端傳播，到達源端后被匹配電阻吸收；？
E 反射信號到達源端后，源端驅動電流降為0，直到下一次信號傳輸。相對并聯匹配來說，串聯匹配不要求信號驅動器具有很大的電流驅動能力。選擇串聯終端匹配電阻值的原則很簡單，就是要求匹配電阻值與驅動器的輸出阻抗之和與傳輸線的特征阻抗相等。理想的信號驅動器的輸出阻抗為零，實際的驅動器總是有比較小的輸出阻抗，而且在信號的電平發生變化時，輸出阻抗可能不同。比如電源電壓為＋4.5V的CMOS驅動器，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驅動器和CMOS驅動一樣，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。
鏈狀拓撲結構的信號網路不適合使用串聯終端匹配，所有的負載必須接到傳輸線的末端。否則，接到傳輸線中間的負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，信號的噪聲容限很低。
串聯匹配是最常用的終端匹配方法。它的優點是功耗小，不會給驅動器帶來額外的直流負載，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、 并聯終端匹配并聯終端匹配的理論出發點是在信號源端阻抗很小的情況下，通過增加并聯電阻使負載端輸入阻抗與傳輸線的特征阻抗相匹配，達到消除負載端反射的目的。實現形式分為單電阻和雙電阻兩種形式。
并聯終端匹配后的信號傳輸具有以下特點：
A 驅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 負載端接受到的信號幅度與源端發送的信號幅度近似相同。
在實際的電路系統中，芯片的輸入阻抗很高，因此對單電阻形式來說，負載端的并聯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，則信號的靜態電流將達到100mA。由于典型的TTL或CMOS電路的驅動能力很小，這種單電阻的并聯匹配方式很少出現在這些電路中。
雙電阻形式的并聯匹配，也被稱作戴維南終端匹配，要求的電流驅動能力比單電阻形式小。這是因為兩電阻的并聯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動電流過大。并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。因而不適用于電池供電系統等對功耗要求高的系統。另外，單電阻方式由于驅動能力問題在一般的TTL、CMOS系統中沒有應用，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（massembly）貼片知識課堂，用通俗的文字介紹專業貼片知識。麥斯艾姆科技，全國首家PCB(麥斯艾姆知識課堂)樣板打板，元器件代采購，及貼片的一站式服務提供者！ 印制電路技術規范.zip (4.67 KB)

2013-4-27 15:27 上傳

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