【正文】 的輸入阻抗一般都大于傳輸線的特性阻抗，這樣就會(huì)導(dǎo)致 在源端出現(xiàn)負(fù)反射， 在負(fù)載端出現(xiàn)正反射，反射波在源端和負(fù)重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 12 載端來回反射 就會(huì) 引起振鈴現(xiàn)象， 與電路諧振所產(chǎn)生的振鈴效應(yīng)相比，其本質(zhì)上是有區(qū)別的 。電阻 R 的值必須同傳輸線的特征阻抗 Z0匹配，以消除信號(hào)的反射。 另外并聯(lián)終端匹配技術(shù)也會(huì)使信號(hào)的邏輯高輸出電平的情況退化。驅(qū)動(dòng)器輸出阻抗 R0 以及電阻 R 值的和必須同信號(hào)線的特征阻抗 Z0匹配。然而不會(huì)出現(xiàn)進(jìn)一步的信號(hào)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(hào)的終端匹配。 圖 對(duì)長(zhǎng)走線進(jìn)行串聯(lián)終端匹配后仿真，波形如下： 圖 戴維南終端匹配 戴維南終端匹配技術(shù)或者也叫做雙電阻終端匹配技術(shù)，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(hào)線的特征阻抗 Z0匹配。戴維南終端匹 配技術(shù)同樣通過向負(fù)載提供額外的電流從而有效地減輕了驅(qū)動(dòng)器的負(fù)擔(dān)， 另外這種終端匹配技術(shù)還能夠有效地抑制信號(hào)過沖。 重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 14 圖 對(duì)長(zhǎng)走線進(jìn)行戴維南終端匹配后仿真，波形如下： 圖 AC 終端匹配 AC 終端匹配技術(shù)也稱之為 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)載一端。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。然后，如果緊接著的是一個(gè)相位相反的數(shù)據(jù)位就需要花比正常情況更長(zhǎng)的時(shí)間來確保信號(hào)跨越接收器邏輯閾值電平，這是因?yàn)榻邮掌鞫说碾妷浩鹱砸粋€(gè)很高的電位。 同樣連接到地上的二極管也可以將信號(hào)的下沖限制在二極管的正向偏置電壓上。能量的損耗限制了信號(hào)反射的幅度，確保信號(hào)的完整性。事實(shí)上，反射功率的一部分會(huì)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(hào)反射的位置加入肖特 基二極管。 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(dòng)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。 圖 短精裝的影響由三個(gè)因素決定：頸狀線的時(shí)延 TD、頸狀線的特性阻抗 2Z 以及信號(hào)的上升時(shí)間 RT。時(shí)域中的電容阻抗為： dtdVCVZC ? C表示電容， V表示信號(hào)的瞬態(tài)電壓。 這意味著反射系數(shù)隨時(shí)間的變化而變化，反射信號(hào)將先下跌在上升到開路狀態(tài)的情形。 在走線中加入不同大小的中途負(fù)載電容進(jìn)行仿真，結(jié)果如下： 表 中途電容值 /PF 0 2 5 10 OvershootLow/mv 波形 下沖部分 如下： 圖 如果信號(hào)的上升邊沿是線性的 ，則 dv/dt=V/RT,電容器阻抗為： CRTRTVC VdtdVC VZ C ??? 為了避免該阻抗造成嚴(yán)重的問題， 則要求該阻抗大于傳輸線 的阻抗，對(duì)于不同的 RT，應(yīng)根據(jù) 0*5 ZZC ? 來選取限制電容。當(dāng)信號(hào)的上升沿通過電感時(shí)， 如果上升沿是線性的，則電感的阻抗約為 ： RTLIdtdILIVZ L ??? 為保證電感阻抗低于導(dǎo)線特性阻抗的 20%，可允許的最大感性突變?yōu)椋? RTZL ** 0m ax ? 感性突變會(huì)引起時(shí)延累加，即接收端信號(hào)的上升時(shí)間會(huì)隨感性突變呈線性增加，時(shí)延增加量為： ZLadd *?? 在 2in長(zhǎng)走線中加入不同值的電感，仿真結(jié)果如下： 表 電感值 /PF 0 10 20 40 OvershootHigh/mv OvershootLow/mv 接收 端波形比較如下： 圖 從圖中可以看出，隨著串聯(lián)電感的增大，信號(hào)上升時(shí)間將增大。因此，信號(hào)在通過一導(dǎo)體時(shí)會(huì)在相鄰的導(dǎo)體上引起兩類不同的噪聲信號(hào)：容性耦合信號(hào)與感性耦合信號(hào)。 重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 20 圖 1I 和 2I 為兩根信號(hào)線上傳輸?shù)碾娏?， 11I 和 12I 為容性耦合所產(chǎn)生的流 ， mI 為感性耦合所產(chǎn)生的電流。當(dāng)前沿傳輸 了一個(gè)飽和長(zhǎng)度之后，近端的電流將達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值。直到信號(hào)前沿到達(dá)遠(yuǎn)端，前向耦合電流才到達(dá)靜態(tài)線遠(yuǎn)端。所以近端容性耦合電流上升到一個(gè)恒定值并持續(xù)達(dá) 2*TD，然后下降到 0，近端容性耦合飽和電流的幅度為： VvCVvCImLmL ***41***21*2111 ?? mLC 為單位長(zhǎng)度互容， v 為信號(hào)傳輸速度， V 表示信號(hào)電壓。 容性耦合電流 當(dāng)信號(hào)從驅(qū)動(dòng)器輸出時(shí)，僅在信號(hào)前沿存 +在的區(qū)域，才有容性耦合電流流入靜態(tài)線，其中的一半向后流入近端，另一半向前流向遠(yuǎn)端 ，這兩種電流都為正向。當(dāng)干擾源狀態(tài)變化時(shí)，會(huì)在被干擾對(duì)象上產(chǎn)生一串?dāng)_脈沖，在高速系統(tǒng)中，這種現(xiàn)象很普遍。 第 六 章 串?dāng)_ 的 理論分析和仿真 串?dāng)_是由電磁耦合形成的，耦合分為容性耦合和感性耦合兩種。對(duì)于邊沿快速上升的入射信號(hào)，串聯(lián)回路電感最初像是一個(gè)高阻抗元件， 所以 產(chǎn)生返回源端的正反射，近端信號(hào)的形狀為先上升后下降，呈現(xiàn)非單調(diào)。在不同末端電容值下的接收端 信號(hào)的上升時(shí)間如下表： 表 負(fù)載電容 C/PF 0 2 5 10 上升時(shí)間 RT/ ns 其 波形 對(duì)比 如下： 圖 走線中途容性負(fù)載對(duì)反射的影響 測(cè)試焊盤、過孔、封裝引線或連接到互連線中 途的短樁線，都起著集總電容器的作用。隨著電容充電過程的進(jìn)行，電容兩端的電壓變化率的 dV/dt將下降， 這使得電容器阻抗明顯增大。 為了保證反射噪聲電壓低于電壓擺幅 的 5%，就需要保證特性阻抗的變化率小于 10%。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(jiǎn)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： 圖 反射的影響因素 傳輸時(shí)延對(duì)反射的影響 如果傳輸線 的瞬態(tài)阻抗不 匹配，即 0ZR? ，此 時(shí)通過在源和負(fù)載之間多次反射，就會(huì)產(chǎn)生多次振鈴 ，解決的辦法就是端接匹配阻抗，但這并不表示在任何情況下都需要端接電阻，如果導(dǎo)線足夠短，雖然依舊發(fā)生了反射，但多次反射將被掩蓋在上升沿中，幾乎不能辨認(rèn)，也就不能引起潛在的問題，當(dāng)傳輸線時(shí)延 TD小于信號(hào)上升時(shí)間 Tr的 20%時(shí)，可以不考慮反射帶來的振鈴噪聲，所以粗略得出沒有端接電阻的最大長(zhǎng)度約為： RTLen ?max 下圖是在不同傳輸時(shí)延下接收端波形的比較： 重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 17 圖 短串接對(duì)反射的影響 電路板上的走線通常要通過過孔區(qū)，或是要在元件密集區(qū)域布線，此時(shí)線寬有可能要變窄，收縮成頸狀。 圖 多負(fù)載的端接 在實(shí)際電路中常常會(huì)遇到單一驅(qū)動(dòng)源驅(qū)動(dòng)多個(gè)負(fù)載的情況，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。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)。這種工作方式的結(jié)果是，傳輸線上就會(huì)出現(xiàn)多次的信號(hào)反射。傳輸線末端任何的信號(hào)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(huì)正向?qū)ㄟB接到 VCC上。 AC 終端匹配技術(shù)的一個(gè)缺點(diǎn)是信號(hào)線上的數(shù)據(jù)可能出現(xiàn)時(shí)間上的抖動(dòng)，這主要取決于在此之前的數(shù)據(jù)位模式。通常情況下，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。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。與此相類似， R2的作用是幫助驅(qū)動(dòng)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)。 由于 許多的驅(qū)動(dòng)器都是非線性的驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng) 器的輸出阻抗隨著器 件邏輯狀態(tài)的變化而變化，從而導(dǎo)致串聯(lián)匹配電阻的合理選擇更加復(fù)雜。 而在接收端，由于信號(hào)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(huì)導(dǎo)致大約同樣幅度值信號(hào)的 反射，稱之為附加的信號(hào)波形。 圖 對(duì)長(zhǎng)走線進(jìn)行并聯(lián)終端匹配后仿真，波形如下： 圖 串聯(lián)終端匹配 串聯(lián)終端匹配技術(shù)，也稱之為后端終端匹配技術(shù)，不同于其它類型的終端匹配技術(shù)，是源端的終端匹配技術(shù)。終端匹配到 VCC可以 提高驅(qū)動(dòng)器的源的驅(qū)動(dòng)能力，而終端匹配到地則可以提高電流的吸收能力。 端接電阻匹配方式 匹配阻抗的端接有多種方式， 包括并聯(lián)終端匹配，串聯(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。 反射引起的 振鈴 效應(yīng) 驅(qū)動(dòng)源總存在內(nèi)阻，內(nèi)阻對(duì)進(jìn)入傳輸線的初始電壓有重要影響。 理論上，電平從高到低跳變和從低到高跳變都會(huì)引起振鈴，但是在典型的 TTL電路中，從高到低的電平跳變引起的振鈴現(xiàn)象更為顯著。當(dāng)走線很短時(shí)，電感量和分布電容量都很小，這樣諧振頻率很高，諧振周期很短，振鈴的幅度亦很小。一般來說，長(zhǎng)度小于 2英寸的走線的電氣特性更像集總參數(shù)的 LC電路；長(zhǎng)度大于 8英寸的走線的電氣特性更像分布參量的傳輸線電路。傳導(dǎo)系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)的響應(yīng)，在