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本篇文檔重點(diǎn)介紹常見信號匹配方式，匹配電路的設(shè)計(jì)是解決SI問題的重要手段，可以先了解通用的匹配電路方式，再逐步掌握比較復(fù)雜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下的匹配電路設(shè)計(jì)。 匹配電路按照所處的位置分為：源端匹配（發(fā)送端）、終端匹配（接收端） 1. 常見信號匹配電路 1.1 串聯(lián)電阻匹配 串聯(lián)電阻匹配通常用于源端（發(fā)送端），即在驅(qū)動器輸出端和信號傳輸線之間串聯(lián)一個(gè)電阻。驅(qū)動器輸出阻抗R0以及電阻R值的和必須同信號線的特征阻抗Z0匹配。 對于這種類型的匹配電路，由于信號會在傳輸線、串聯(lián)匹配電阻以及驅(qū)動器的阻抗之間實(shí)現(xiàn)信號電壓的分配，因而加在信號傳輸線上的電壓實(shí)際只有部分的信號電壓。 而在終端（接收端），由于信號線阻抗和接收器阻抗的不匹配，通常情況下，接收器的輸入阻抗更高，因而會導(dǎo)致大約同樣幅度值信號的反射，稱之為附加的信號波形。因而接收器會馬上看到全部的信號電壓（附加信號和反射信號之和），而附加的信號電壓會向驅(qū)動端傳遞。然而不會出現(xiàn)進(jìn)一步的信號反射，這是因?yàn)榇?lián)的匹配電阻在接收器端實(shí)現(xiàn)了反射信號的終端匹配。 串聯(lián)電阻匹配的優(yōu)點(diǎn)是在原有電路每一個(gè)驅(qū)動器僅增加了一個(gè)電阻元件，匹配電阻的功耗是最小的，因而驅(qū)動器不會增加任何額外的直流負(fù)載，也不會在信號線與地平面之間引入額外的阻抗。
對長走線進(jìn)行串聯(lián)電阻匹配后仿真波形如下，供參考：
1.2 并聯(lián)電阻匹配 并聯(lián)電阻匹配通常用于終端（接收端），即通過一個(gè)電阻R將傳輸線的末端接到地或電源VCC上。電阻R的值必須同傳輸線的特征阻抗Z0匹配，以消除信號的反射。如果R同傳輸線的特征阻抗Z0匹配，不論匹配電壓的值如何，終端匹配電阻將吸收形成信號反射的能量。并聯(lián)電阻接到電源VCC可以提高驅(qū)動能力、接到地則可以提高電流的吸收能力。 并聯(lián)電阻匹配的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)和應(yīng)用簡便易行，在電路末端僅需要一個(gè)額外的元器件；缺點(diǎn)在于終端并聯(lián)電阻會帶來直流功率消耗。另外并聯(lián)電阻匹配也會使信號的邏輯高輸出電平的情況退化、從而降低了接收器對噪聲的免疫能力。
對長走線進(jìn)行并聯(lián)電阻匹配后仿真波形如下，供參考： 
1.3戴維南匹配 戴維南電路匹配技術(shù)也叫做雙電阻匹配技術(shù)，通常用于終端（接收端）。 采用兩個(gè)電阻來實(shí)現(xiàn)終端匹配，R1和R2的并聯(lián)組合要求同信號線的特征阻抗Z0匹配。R1的作用是幫助驅(qū)動器更加容易地到達(dá)邏輯高狀態(tài)，這通過從VCC向負(fù)載注入電流來實(shí)現(xiàn)。與此相類似，R2的作用是幫助驅(qū)動器更加容易地到達(dá)邏輯低狀態(tài)，這通過R2向地釋放電流來實(shí)現(xiàn)。 戴維南電路匹配的優(yōu)勢在于終端匹配電阻同時(shí)還作為上拉電阻和下拉電阻來使用，因而提高了系統(tǒng)的噪聲容限。戴維南電路匹配通過向負(fù)載提供額外的電流從而有效地減輕了驅(qū)動器的負(fù)擔(dān)，同時(shí)還可以有效地抑制信號過沖。 戴維南電路匹配的一個(gè)缺點(diǎn)是無論邏輯狀態(tài)是高還是低，在VCC到地之間都會有一個(gè)常量的直流電流存在，因而會導(dǎo)致終端匹配電阻中有靜態(tài)的直流功耗。 這種終端匹配技術(shù)同樣也要求兩個(gè)匹配電阻之間存在一定的比例關(guān)系，同時(shí)也存在額外的到電源和地的線路連接。負(fù)載電容和電阻（Z0、R1和R2的并聯(lián)組合）會對信號的上升時(shí)間產(chǎn)生影響，提升驅(qū)動器的輸出電壓。
對長走線進(jìn)行戴維南終端匹配后仿真波形如下，供參考：
1.4 AC匹配 AC匹配也可稱為RC終端匹配技術(shù)，由一個(gè)電阻R和一個(gè)電容C組成，電阻R和電容C連接在傳輸線的負(fù)載端。 電阻R的值必須同傳輸線的特征阻抗Z0的值匹配才能消除信號的反射，電容值的選擇要注意與R值的配合、要確保RC時(shí)間常數(shù)大于該傳輸線負(fù)載延時(shí)的兩倍。終端匹配元器件上的功率消耗是頻率、信號占空比、以及過去數(shù)據(jù)位模式的函數(shù)。所有這些因素都將影響終端匹配電容的充電和放電特性，從而影響功率消耗。 AC匹配的優(yōu)勢在于終端匹配電容阻隔了直流通路，因此節(jié)省了可觀的功率消耗，同時(shí)恰當(dāng)?shù)剡x取匹配電容的值，可以確保負(fù)載端的信號波形接近理想的方波，同時(shí)信號的過沖與下沖又都很小。 AC終端匹配技術(shù)的缺點(diǎn)是信號線上的數(shù)據(jù)可能出現(xiàn)時(shí)間上的抖動，這主要取決于在此之前的數(shù)據(jù)位模式。
對長走線進(jìn)行RC終端匹配后仿真波形如下，供參考：
1.5 肖特基二極管匹配 肖特基二極管匹配也稱之為二極管終端匹配技術(shù)，由兩個(gè)肖特基二極管組成。傳輸線末端任何的信號反射，如果導(dǎo)致接收器輸入端上的電壓超過VCC和二極管的正向偏值電壓，該二極管就會正向?qū)ㄟB接到VCC上。該二極管導(dǎo)通從而將信號的過沖箝位到VCC和二極管的閾值電壓的和上。 同樣連接到地上的二極管也可以將信號的下沖限制在二極管的正向偏置電壓上。然而該二極管不會吸收任何的能量，而僅僅只是將能量導(dǎo)向電源或者是地。這種工作方式的結(jié)果是，傳輸線上就會出現(xiàn)多次的信號反射。信號的反射會逐漸衰減，主要是因?yàn)槟芰繒ㄟ^二極管在電源和地之間實(shí)現(xiàn)能量的交換，以及傳輸線上的電阻性損耗。能量的損耗限制了信號反射的幅度，確保信號的完整性。 不同于傳統(tǒng)的終端匹配技術(shù)，肖特基二極管終端匹配技術(shù)的優(yōu)勢是無須考慮真正意義上的匹配。所以，當(dāng)傳輸線的特征阻抗Z0不清楚時(shí)，比較適合采用這種終端匹配技術(shù)。同時(shí)，在肖特基二極管上的動態(tài)導(dǎo)通電阻上消耗的功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于任何電阻類型終端匹配技術(shù)的功率消耗。事實(shí)上，反射功率的一部分會通過正向偏置的二極管反饋回到VCC或者地，同樣也可以在傳輸線上任何可能引發(fā)信號反射的位置加入肖特基二極管。二極管終端匹配技術(shù)的缺點(diǎn)是多次信號反射的存在可能會影響后續(xù)信號的行為。
2. 多負(fù)載拓?fù)潆娐返钠ヅ湓O(shè)計(jì) 在實(shí)際電路中常常會遇到多負(fù)載拓?fù)?a href="http://m.qingdxww.cn/keyword/總線" target="_blank" class="relatedlink">總線電路結(jié)構(gòu)，這時(shí)需要根據(jù)負(fù)載情況及電路的布線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來確定端接方式和使用端接的數(shù)量。一般情況下可以考慮以下兩種方案。 如果多個(gè)負(fù)載之間的距離較近，可通過一條傳輸線與驅(qū)動端連接，負(fù)載都位于這條傳輸線的終端，這時(shí)只需要一個(gè)端接電路。如采用串行電阻匹配，則在傳輸線源端按照阻抗匹配加入一串行電阻即可；如采用并行端接（以簡單并行端接為例），則端接應(yīng)置于離源端距離最遠(yuǎn)的負(fù)載處，同時(shí)，線網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)應(yīng)優(yōu)先采用菊花鏈的連接方式，如下圖所示：
如果多個(gè)負(fù)載之間的距離較遠(yuǎn)，需要通過多條傳輸線與驅(qū)動端連接，這時(shí)每個(gè)負(fù)載都需要一個(gè)端接電路。如采用串行端接，則在傳輸線源端每條傳輸線上均加入一串行電阻；如采用并行端接（以簡單并行端接為例），則應(yīng)在每一負(fù)載處都進(jìn)行端接，下圖所示：
多負(fù)載拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電路的匹配設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，是否采用遠(yuǎn)端串聯(lián)電阻還需要考慮信號的驅(qū)動能力和反射情況，根據(jù)具體PCB走線拓?fù)涞那闆r，需要對終端并聯(lián)匹配電阻的阻值進(jìn)行選擇，這通常通過電路信號仿真工具來進(jìn)行。 在仿真工具中，搭建電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，仿真工具支持參數(shù)掃描模式，通過多種參數(shù)組合仿真、在其中選擇最優(yōu)的匹配設(shè)計(jì)方案。 |
