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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、下(xia)衝(chong)和(he)振(zhen)鈴(ling)等(deng)信(xin)號(hao)畸(ji)變(bian)，當(dang)然(ran)信(xin)號(hao)沿(yan)傳(chuan)輸(shu)線(xian)傳(chuan)播(bo)過(guo)程(cheng)當(dang)中(zhong)，如(ru)果(guo)傳(chuan)輸(shu)線(xian)上(shang)各(ge)處(chu)具(ju)有(you)一(yi)致(zhi)的(de)信(xin)號(hao)傳(chuan)播(bo)速(su)度(du)，並(bing)且(qie)單(dan)位(wei)長(chang)度(du)上(shang)的(de)電(dian)容(rong)也(ye)一(yi)樣(yang)，那(na)麼(me)信(xin)號(hao)在(zai)傳(chuan)播(bo)過(guo)程(cheng)中(zhong)總(zong)是(shi)看(kan)到(dao)完(wan)全(quan)一(yi)致(zhi)的(de)瞬(shun)間(jian)阻(zu)抗(kang)。

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、下(xia)衝(chong)和(he)振(zhen)鈴(ling)等(deng)信(xin)號(hao)畸(ji)變(bian)，當(dang)然(ran)信(xin)號(hao)沿(yan)傳(chuan)輸(shu)線(xian)傳(chuan)播(bo)過(guo)程(cheng)當(dang)中(zhong)，如(ru)果(guo)傳(chuan)輸(shu)線(xian)上(shang)各(ge)處(chu)具(ju)有(you)一(yi)致(zhi)的(de)信(xin)號(hao)傳(chuan)播(bo)速(su)度(du)，並(bing)且(qie)單(dan)位(wei)長(chang)度(du)上(shang)的(de)電(dian)容(rong)也(ye)一(yi)樣(yang)，那(na)麼(me)信(xin)號(hao)在(zai)傳(chuan)播(bo)過(guo)程(cheng)中(zhong)總(zong)是(shi)看(kan)到(dao)完(wan)全(quan)一(yi)致(zhi)的(de)瞬(shun)間(jian)阻(zu)抗(kang)。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。

而er減jian小xiao反fan射she的de方fang法fa是shi根gen據ju傳chuan輸shu線xian的de特te性xing阻zu抗kang在zai其qi發fa送song端duan串chuan聯lian端duan接jie使shi源yuan阻zu抗kang與yu傳chuan輸shu線xian阻zu抗kang匹pi配pei或huo者zhe在zai接jie收shou端duan並bing聯lian端duan接jie使shi負fu載zai阻zu抗kang與yu傳chuan輸shu線xian阻zu抗kang匹pi配pei，從cong而er使shi源yuan反fan射she係xi數shu或huo者zhe負fu載zai反fan射she係xi數shu為wei零ling。常chang用yong的de端duan接jie方fang式shi為wei：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

在zai信xin號hao源yuan端duan阻zu抗kang很hen小xiao的de情qing況kuang下xia，通tong過guo增zeng加jia並bing聯lian電dian阻zu使shi負fu載zai端duan輸shu入ru阻zu抗kang與yu傳chuan輸shu線xian的de特te征zheng阻zu抗kang相xiang匹pi配pei，達da到dao消xiao除chu負fu載zai端duan反fan射she的de目mu的de。實shi現xian形xing式shi分fen為wei單dan電dian阻zu和he雙shuang電dian阻zu兩liang種zhong形xing式shi。

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0.1uF多duo層ceng陶tao瓷ci電dian容rong，由you於yu電dian容rong通tong低di頻pin阻zu高gao頻pin的de作zuo用yong，因yin此ci電dian阻zu不bu是shi驅qu動dong源yuan的de直zhi流liu負fu載zai，故gu這zhe種zhong端duan接jie方fang式shi無wu任ren何he直zhi流liu功gong耗hao，交jiao流liu功gong耗hao也ye非fei常chang小xiao，該gai端duan接jie主zhu要yao用yong於yu時shi鍾zhong電dian路lu。

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。

最(zui)後(hou)，在(zai)實(shi)際(ji)的(de)工(gong)程(cheng)應(ying)用(yong)中(zhong)，具(ju)體(ti)使(shi)用(yong)哪(na)種(zhong)端(duan)接(jie)，需(xu)要(yao)具(ju)體(ti)問(wen)題(ti)具(ju)體(ti)分(fen)析(xi)。信(xin)號(hao)性(xing)質(zhi)不(bu)同(tong)，對(dui)信(xin)號(hao)質(zhi)量(liang)的(de)要(yao)求(qiu)也(ye)不(bu)同(tong)。最(zui)主(zhu)要(yao)的(de)是(shi)需(xu)要(yao)了(le)解(jie)各(ge)種(zhong)端(duan)接(jie)的(de)優(you)缺(que)點(dian)以(yi)及(ji)係(xi)統(tong)對(dui)信(xin)號(hao)的(de)要(yao)求(qiu)，來(lai)最(zui)後(hou)確(que)定(ding)使(shi)用(yong)那(na)種(zhong)端(duan)接(jie)方(fang)案(an)。

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