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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。

erjianxiaofanshedefangfashigenjuchuanshuxiandetexingzukangzaiqifasongduanchuanlianduanjieshiyuanzukangyuchuanshuxianzukangpipeihuozhezaijieshouduanbinglianduanjieshifuzaizukangyuchuanshuxianzukangpipei，congershiyuanfanshexishuhuozhefuzaifanshexishuweiling。changyongdeduanjiefangshiwei：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CMOSdianlulaishuo，bukenengyoushifenzhengquedepipeidianzu，zhinengzhezhongkaolv。lianzhuangtuopujiegoudexinhaowanglubushiheshiyongchuanlianzhongduanpipei，suoyoudefuzaibixujiedaochuanshuxiandemoduan。

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

zaixinhaoyuanduanzukanghenxiaodeqingkuangxia，tongguozengjiabingliandianzushifuzaiduanshuruzukangyuchuanshuxiandetezhengzukangxiangpipei，dadaoxiaochufuzaiduanfanshedemude。shixianxingshifenweidandianzuheshuangdianzuliangzhongxingshi。

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0.1uFduocengtaocidianrong，youyudianrongtongdipinzugaopindezuoyong，yincidianzubushiqudongyuandezhiliufuzai，guzhezhongduanjiefangshiwurenhezhiliugonghao，jiaoliugonghaoyefeichangxiao，gaiduanjiezhuyaoyongyushizhongdianlu。

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

youjiaoerjiguanbinglianduanjie，tongchangyingyongzaiqijianneibu。xianzaihenduoqijianzidaiyoushurubaohuerjiguan，gaiduanjienengyouxiaojianxiaoxinhaoguochonghexiachong，danbingbunengxiaochufanshe;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。

zuihou，zaishijidegongchengyingyongzhong，jutishiyongnazhongduanjie，xuyaojutiwentijutifenxi。xinhaoxingzhibutong，duixinhaozhiliangdeyaoqiuyebutong。zuizhuyaodeshixuyaolejiegezhongduanjiedeyouquedianyijixitongduixinhaodeyaoqiu，laizuihouquedingshiyongnazhongduanjiefangan。

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