阻抗匹配與差分線設(shè)計-wenkub
2023-01-28 08:06:08 本頁面
【正文】 壓上。舉例來說，一長串比較接近的數(shù)據(jù)位會導(dǎo)致信號傳輸線和電容充電到驅(qū)動器的最高輸出電平的值，如果緊接著的是一個相位相反的數(shù)據(jù)位就需要花比正常情況更長的時間來確保信號跨越邏輯閾值電平。信號的頻率、信號占空比、以及過去的數(shù)據(jù)位模式等因素都會影響終端匹配電容的充電和放電特性，從而影響功率消耗。另外，單電阻方式由于驅(qū)動能力問題在一般的TTL、 CMOS系統(tǒng)中沒有應(yīng)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。 ? 優(yōu)點：是簡單易行；優(yōu)勢在于終端匹配電阻仍然是作為上拉電阻和下拉電阻來使用，它能夠有效地抑制信號過沖，使得信號的偏擺縮小，從而加強了系統(tǒng)的噪聲容限。根據(jù)戴維南終端匹配設(shè)計規(guī)則，戴維南電壓VTH=VR2 必須確保驅(qū)動器的 IOH 和 IOL 電流在驅(qū)動器的性能指標范圍以內(nèi)。另外并聯(lián)終端匹配也會降低信號的高輸出電平。將終端匹配到 VCC 可以提高驅(qū)動器的能力，而將終端匹配到地則可以提高地上的吸收能力。 阻抗匹配 ? 并聯(lián) 終端匹配 并聯(lián)終端匹配是最簡單的阻抗匹配技術(shù) ,通過一個電阻 R將傳輸線的末端（可能是開路，也可能是負載）接到地或者接到 VCC 上。選擇串聯(lián)終端匹配電阻值的原則很簡單，就是要求匹配電阻值與驅(qū)動器的輸出阻抗之和與傳輸線的特征阻抗相等。故分配在負載端的信號電壓大約是驅(qū)動器輸出信號電壓的一半，再加上同樣幅值的附加信號電壓，使得接收器馬上就會接收到完整的信號電壓。下面介紹幾種常見匹配方式。如果是電路板上的高速信號線與負載阻抗不匹配時，會產(chǎn)生震蕩，輻射干擾等。 這是在無損耗條件下描述的，電阻上熱損耗和介質(zhì)損耗都被忽略了的，也就是直流電壓變化和漏電引起的電壓波形畸變都未考慮在內(nèi)。?阻抗匹配 ?差分線設(shè)計 ?差分線的基本概念 ?差分 信號的阻抗分析與計算 ?差分 信號設(shè)計中存在的問題及其解決方案 阻抗匹配與差分線設(shè)計 阻抗匹配 ? 阻抗的定義 傳輸線的特性阻抗是微分線段的特性阻抗。差分模式傳輸線實際應(yīng)用中，必須具體分析。 ? 在低頻電路中，我們一般不考慮傳輸線的匹配問題，只考慮信號源跟負載之間的情況，因為低頻信號的波長相對于傳輸線來說很長，傳輸線可以看成是 “短線 ”，反射可以不考慮。 ?串聯(lián)終端匹配 ?并聯(lián)終端匹配 ?戴維南終端匹配 ?AC 終端匹配 ?肖特基二極管終端匹配技術(shù) 阻抗匹配 ? 串聯(lián)終端匹配 串聯(lián)終端匹配串聯(lián)終端匹配的理論出發(fā)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(fā)生再次反射。而附加的信號電壓會反向傳遞到驅(qū)動端，但是串行連接的匹配電阻在接收器端實現(xiàn)了反射信號的終端匹配，因而不會出現(xiàn)進一步的信號反射，從而保證了傳輸線上信號的完整性。 ? 缺點：理想的信號驅(qū)動器的輸出阻抗為零，實際的驅(qū)動器總是有比較小的輸出阻抗，而且在信號的電平發(fā)生變化時，輸出阻抗可能不同。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。所以，對于 50%占空比的信號而言，將終端匹配到 VCC 要優(yōu)于將終端匹配到地。將 TTL 輸出終端匹配到地會降低 VOH 的電平值，從而降低接收器輸入端的抗噪聲能力。 R1 通過從 VCC 向負載注入電流來幫助驅(qū)動器更容易到達邏輯高狀態(tài)；R2 幫助通過向地吸收電流來將驅(qū)動器下拉到邏輯低狀態(tài)。戴維南終端匹配技術(shù)同樣通過向負載提供額外的電流也減輕了驅(qū)動器的負擔(dān)，這部分額外的電流在大的信號擺動電壓系統(tǒng)比如基于 5V和 CMOS和BiCMOS的系統(tǒng)中顯得尤為有益。 阻抗匹配 ? AC 終端匹配技術(shù) AC 終端匹配技術(shù)也稱之為 RC終端匹配技術(shù)，它是由一個電阻 R 和一個電容 C 組成的，電阻 R 和電容 C 連接在傳輸線的負載一端。通常情況下， RC 時間常數(shù)大于該傳輸線負載延時的兩倍較為理想。因此在設(shè)計系統(tǒng)時序的余量時務(wù)必將這一額外的時間考慮在內(nèi)以確保設(shè)計的系統(tǒng)能夠正常運作。因為二極管不會吸收任何的能量，僅僅只是將能量導(dǎo)向電源或者是地，傳輸線上就會出現(xiàn)多次的信號反射。同時多次信號反射的存在可能會影響后續(xù)信號的波形，所以必須驗證二極管在開關(guān)頻率上的響應(yīng)。 ?共模信號 Vm Vm定義為： 即共模信號用兩條信號線上平均電壓表示。 圖 8 幾種最常見的差分線對的截面圖 差分線的基本概念 ? 差分阻抗 差分對最重要的電氣特性是差分信號的阻抗，稱為“差分阻抗”，即差分對對差分信號的阻抗，是差分信號電壓與其電流的比值。 傳輸線上的跳變差分信號是兩條信號線上的差信號。 如果一個差分信號沿差分對傳輸?shù)竭_接收終端，那么終端的差分阻抗非常大，差分信號將會反射回源端。圖中差分對互連末端沒有端接，并且差分對之間沒有耦合。圖中差分對末端有端接，并且差分對之間沒有耦合。當信號線 1與其返回路徑的一些邊緣區(qū)域被相鄰信號線干擾時， C11將減小， C12會增加。 圖 11 CL, C11與 C12隨兩線的邊緣舉例的變化 差分信號的阻抗分析與計算 當把兩信號線靠近時， L11和 L12都將發(fā)生改變。但是，即使在間距更緊密的情況下，間距等于線寬，最大的相對耦合度 (即 C12/C11或 L12/L11)仍小于 15%。 圖 13 間距變化時相對互容和相對互感的變化 差分信號的阻抗分析與計算 當兩傳輸線相隔較遠時，線 1的特性阻抗完全與另一條線無關(guān)。 那么線 1的阻抗將取決于負載電容。同時，因為兩線之間的電壓變化 dV12/dt，同樣有電流從線 1流向線 2。 1 1 1 2o n e R 1 1 o n e 1 2 o n e o n e L 1 21 1 1 2dd 2 ( )dd??? ? ? ? ? ? ??????VVI V T C V C V V C CCC tt差分信號的阻抗分析與計算 3） 假設(shè)給第二條信號線加上與第一條信號線相同的信號，由于兩條信號線之間不存在電壓差，所以對驅(qū)動來說，只有電容 C11存在，這就意味著要驅(qū)動的電容減小了。如果信號線 2加相同電壓，則阻抗值會升高。差分信號驅(qū)動在這兩條信號線上驅(qū)動兩個相反的信號。對帶狀線來說，相比于間距等于 3倍線寬的無耦合情況，在可制造的最小間距 (如間距等于線寬 )下，存在耦合時的差分阻抗也僅僅減小約 12%。任何改變電流分布的因素都將會改變差分對的差分阻抗。 差分信號的阻抗分析與計算 ? 邊緣耦合的微帶線 若邊緣耦合微帶線的兩線間距達到可制造的最小值，通常這個典型值為線寬，則兩線的耦合度最大。此時，返回路徑平面的存在將不會再影響差分阻抗
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