高速PCB的終端端接
2014/09/19
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在高速PCB數(shù)字電路系統(tǒng)中，傳輸線上阻抗不匹配會(huì)造成信號(hào)反射，并出現(xiàn)過(guò)沖、下沖和振鈴等信號(hào)畸變，而當(dāng)傳輸線的時(shí)延TD大于信號(hào)上升時(shí)間RT的20％時(shí)，反射的影響就不能忽視了，不然將帶來(lái)信號(hào)完整性問(wèn)題。減小反射的方法為；根據(jù)傳輸線的特性阻抗在其驅(qū)動(dòng)端串聯(lián)電阻使源阻抗與傳輸線阻抗匹配，或者在接收端并聯(lián)電阻使負(fù)載阻抗與傳輸線阻抗匹配，從而使源反射系數(shù)或者負(fù)載反射系數(shù)為零。
常用的端接方式為：串聯(lián)端接、簡(jiǎn)單的并聯(lián)端接、戴維寧端接、RC網(wǎng)絡(luò)端接和二極管端接等。下面將分別對(duì)這幾種端接方式進(jìn)行分析。
(1)串聯(lián)端接
串聯(lián)端接是指在盡量靠近源端的位置串聯(lián)一個(gè)電阻RS以匹配信號(hào)源的阻抗，使源端反射系數(shù)為零，從而抑制從負(fù)載反射回來(lái)的信號(hào)再?gòu)脑炊朔瓷浠刎?fù)載端。PS加上驅(qū)動(dòng)源的輸出阻抗ZS應(yīng)等于傳輸線阻抗Zo，即
RS＝ZO-Zs
串聯(lián)電阻的值通常選擇在15～75Ω，較多的選擇為33Ω。
串聯(lián)端接的優(yōu)點(diǎn)在于；
· 每條線只需要一個(gè)端接電阻，無(wú)須直流電源相連接，因此不消耗過(guò)多的電能；
· 當(dāng)驅(qū)動(dòng)高容性負(fù)載時(shí)可提供限流作用，這種限流作用可以幫助減小地彈噪聲。
其缺點(diǎn)在于：
· 由于串聯(lián)電阻的分壓作用，在走線路徑中間，電壓僅是源電壓的一半，所以不能驅(qū)動(dòng)分布式負(fù)載；
· 由于在信號(hào)通路上串聯(lián)了電阻，增加了RC時(shí)間常數(shù)，從而減緩了負(fù)載端信號(hào)的上升時(shí)間，因而不適合于高頻信號(hào)通路(如高速時(shí)鐘等)。需要注意的是，該串聯(lián)電阻必須盡可能地靠近源驅(qū)動(dòng)器的輸出端，并且最好不要在PCB上使用過(guò)孔，因?yàn)檫^(guò)孔存在電容和電感。
(2)并聯(lián)端接
并聯(lián)端接也稱DC并聯(lián)端接，這種方式通過(guò)在接收器的輸入端(即布線網(wǎng)絡(luò)的末端)連接一個(gè)終端電阻Pp(Ap＝Zo)下拉到地或者上拉到直流電源來(lái)實(shí)現(xiàn)匹配，反射在負(fù)載端消除，如圖(c)所示。這種端接方式的優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、易行，缺點(diǎn)是消耗直流功率，在要求低功耗的便攜式設(shè)備中無(wú)法使用。此外，這種上拉到電源可以提高驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)能力，但會(huì)抬高信號(hào)的低電平；而下拉到地能提高電流的吸收能力，但會(huì)拉低信號(hào)的高電平。
(3)戴維寧端接
戴維寧端接即分壓器型端接，它采用上拉電阻Rpl和下拉電阻Rp；構(gòu)成端接電阻，通過(guò)Rp1和Rp2吸收反射。
此阻抗須等于傳輸線特性阻抗Zo以達(dá)到最佳匹配。
端接電阻Rpl和Rp2阻值的選取應(yīng)重點(diǎn)考慮避免設(shè)置不合適的負(fù)載電壓參考電平，該電平用于高、低邏輯變換點(diǎn)。Rp1／Rp2比值決定邏輯高和低驅(qū)動(dòng)電流的相對(duì)比例。Rp1=Rp2時(shí)，對(duì)高、低邏輯的驅(qū)動(dòng)要求相同；Rpl＜Rp2時(shí)，邏輯低對(duì)電流的要求比邏輯高大；Rp1＞Rp2時(shí)，邏輯高對(duì)電流的要求比邏輯低大。
戴維寧端接的優(yōu)點(diǎn)是：
· 在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)上可與分布負(fù)載一起使用；
·可完全吸收發(fā)送的波而消除反射；
· 當(dāng)無(wú)信號(hào)驅(qū)動(dòng)線路時(shí)，設(shè)置線路電壓；
· 特別適用于總線使用。
它的缺點(diǎn)是：
從電源Vcc到地總有一個(gè)直流電流存在，導(dǎo)致匹配電阻中有直流功耗，減小了噪聲容限，除非驅(qū)動(dòng)器可提供大的電流。
戴維寧端接方式非常適合高速背板設(shè)計(jì)、長(zhǎng)傳輸線，以及大負(fù)載的應(yīng)用場(chǎng)合，通過(guò)兩并聯(lián)電阻將負(fù)載的電壓級(jí)保持在最優(yōu)的開(kāi)關(guān)點(diǎn)附近，則驅(qū)動(dòng)器可以用較小的功率來(lái)驅(qū)動(dòng)總線。
(4)RC網(wǎng)絡(luò)端接
RC網(wǎng)絡(luò)端接又稱交流負(fù)載端接，使用串聯(lián)RC網(wǎng)絡(luò)作為端接阻抗可消除網(wǎng)絡(luò)末端反射。端接電阻Rp要等于傳輸線阻抗Zo，電容Cp的選擇應(yīng)保證RC網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間常數(shù)應(yīng)大于傳播延時(shí)的兩倍，即“RpCp＞2TD”，通常使用0.1μF的多層陶瓷電容。對(duì)于具體設(shè)計(jì)，通過(guò)仿真來(lái)確定容值。
交流端接的好處在于電容阻隔了直流通路而不會(huì)產(chǎn)生額外的直流功耗，同時(shí)允許高頻能量通過(guò)而起到了低通濾波器的作用，缺點(diǎn)是RC網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間常數(shù)會(huì)降低信號(hào)的速率。此外，附加電阻和電容占用板子空間，并增加成本。
(5)二極管端接
二極管端接方式，將一個(gè)二極管串接在傳輸線末端和電源Vcc之間，另一個(gè)二極管串接在傳輸線末端和地之間。通常使用肖特基二極管，因?yàn)樾ぬ鼗O管具有低的導(dǎo)通電壓。
與其他端接方式不同的是，二極管終端不是試圖匹配傳輸線的特性阻抗以消除反射。當(dāng)接收端電壓過(guò)沖時(shí)，二極管開(kāi)始工作以穩(wěn)定電壓。雖然它可以預(yù)防過(guò)沖，但存在兩個(gè)缺點(diǎn)：反射仍然存在于系統(tǒng)之中；對(duì)高速信號(hào)的反映較慢。為了獲得這種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，可以配合前面的幾種方法一起使用
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