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消除信號(hào)反射的匹配方式介紹

2012-08-07 來源:互聯(lián)網(wǎng) 字號(hào):

在高速PCB設(shè)計(jì)中,信號(hào)的反射將給PCB的設(shè)計(jì)質(zhì)量帶來很大的負(fù)面影響,而要減輕反射信號(hào)的負(fù)面影響,有三種方式:

  1)降低系統(tǒng)頻率從而加大信號(hào)的上升與下降時(shí)間,使信號(hào)在加到傳輸線上前,前一個(gè)信號(hào)的反射達(dá)到穩(wěn)定;

  2)縮短PCB走線長度使反射在最短時(shí)間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定;

  3)采用阻抗匹配方案消除反射;

  在高速系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,第1種是不可能的,而第2種也是不實(shí)際的,通常要縮短PCB布線長度,可能需要增加布線層數(shù)、增加過孔數(shù),從而得不償失,那么第3種是最好的方法,常用的阻匹配方式有以下幾種:

  1.源端串聯(lián)匹配

  源端串聯(lián)匹配就是在輸出BUFFER上串接一個(gè)電阻,使BUFFER的輸出阻抗與傳輸線阻抗一致;此電阻在PCB設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量靠近輸出BUFFER放置 ,常用的值為:33毆姆。

  對(duì)于TTL或CMOS驅(qū)動(dòng),信號(hào)在邏輯高及低狀態(tài)時(shí)均具有不同的輸出阻抗,而一些負(fù)載器件可能具有不同的輸入輸出阻抗,不能簡單的得知,所以在使用串聯(lián)端接匹配時(shí),在具有輸入輸出阻抗不一致的條件下,可能不是最佳的選擇;在布線終端上存在集總線型負(fù)載或單一元件時(shí),串聯(lián)匹配是最佳的選擇;

  串聯(lián)電阻的大小由下式?jīng)Q定:

  R=ZO-R0 ZO--傳輸線阻抗 R0--BUFFER輸出阻抗

  串聯(lián)匹配的優(yōu)點(diǎn):提供較慢的上升時(shí)間,減少反系量,產(chǎn)生更小的EMI,從而降低過沖,增加信號(hào)的傳輸質(zhì)量;

  串聯(lián)匹配的缺點(diǎn):當(dāng)TTL/CMOS出現(xiàn)在同一網(wǎng)絡(luò)上時(shí),在驅(qū)動(dòng)分布負(fù)載時(shí),通常不能使用串聯(lián)匹配方式。
 
2.終端并聯(lián)匹配

  由在走線路徑上的某一端連接單個(gè)電阻構(gòu)成,這個(gè)電阻的阻值必須等于傳輸線所要求的電阻值,電阻的另一端接電源或地;簡單的并聯(lián)匹配很少用于CMOS與TTL設(shè)計(jì)中;

  并聯(lián)匹配的優(yōu)點(diǎn):可用于分布負(fù)載,并能夠全部吸收傳輸波以消除反射;

  并聯(lián)匹配的缺點(diǎn):需額外增加電路的功耗,會(huì)降低噪聲容限。

  3.戴維南匹配

  Vref=R2/(R1+R2)·V

  Vref--輸入負(fù)載所要求的電壓;V--電壓源; R1---上拉電阻 ;R2--下拉電阻

  當(dāng)R1=R2時(shí),對(duì)高低邏輯的驅(qū)動(dòng)要求均是相同的,對(duì)有些邏輯系列可能不能接受;

  當(dāng)R1>R2時(shí),邏輯低對(duì)電流的要求比邏輯高大,這種情況對(duì)TTL與COMS器件是不能工作的;

   當(dāng)R1<R2時(shí),這種對(duì)大多數(shù)的設(shè)計(jì)比較合適;

  戴維南匹配的優(yōu)點(diǎn): 能夠全部吸收傳輸波以消除反射,尤其適合用于總線使用;

  戴維南匹配的缺點(diǎn):需額外增加電路的功耗,會(huì)降低噪聲容限;

  4.RC網(wǎng)絡(luò)匹配

  端接電阻應(yīng)該等于傳輸線的阻抗Z0,而電容一般非常小(20PF--600PF);RC網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間常數(shù)必須大于兩倍的信號(hào)傳輸延時(shí)時(shí)間;

  RC端接匹配的優(yōu)點(diǎn):可在分布負(fù)載及總線布線中使用,它完全吸收發(fā)送波,可以消除反射,并且具有很低的直流功率損耗;

  RC端接的缺點(diǎn):它將使非常高速的信號(hào)速率降低,RC電路的時(shí)間常數(shù)選擇不好會(huì)導(dǎo)致電路存在反射,對(duì)于高頻、快速上升的信號(hào)應(yīng)多加注意。

  5.二極管匹配

  二極管匹配方式常用于差分或成對(duì)網(wǎng)絡(luò)上,采用二極管匹配會(huì)使其負(fù)載變成非線性,可能會(huì)增加EMI的問題。

  各種匹配方式的特征如下表所示:

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