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保证信号完整性的匹配方法
www.i-tech.com.cn  2013-9-8  上海泰齐科技网
(1)并行端接
并行端接主要是在尽量靠近负载端的位置加上拉和/或下拉阻抗以实现终端的阻抗匹配,根据不同的应用环境,并行端接又可分为以下几种类型:
(I)简单的并行端接
这种端接方式是简单地在负载端加入一下拉到GROUND的电阻RT(RT=Z0)来实现匹配,如图3所示。采用此端接的条件是驱动端必须能够提供输出高电平时的驱动电流以保证通过端接电阻的高电平电压满足门限电压要求。在输出为高电平状态时,这种并行端接电路消耗的电流过大,对于50Ω的端接负载,维持TTL高电平消耗电流高达48mA,因此一般器件很难可靠地支持这种端接电路

(II)戴维宁(Thevenin)并行端接 戴维宁(Thevenin)端接即分压器型端接,如图4示。它采用上拉电阻R1和下拉电阻R2构成端接电阻,通过R1和R2吸收反射。R1和R2阻值的选取由下面的条件决定。R1的最大值由可接受的信号的最大上升时间(是RC充放电时间常数的函数)决定,R1的

小值由驱动源的吸电流数值决定。R2的选择应满足当传输线断开时电路逻辑高电平的要求。戴维宁等效阻抗可表示为:

这里要求RT等于传输线阻抗Z0以达到最佳匹配。此端接方案虽然降低了对源端器件驱动能力的要求,但却由于在VCC和GROUND之间连接的电阻R1和R2从而一直在从系统电源吸收电流,因此直流功耗较大。

(III)主动并行端接
在此端接策略中,端接电阻RT(RT=Z0)将负载端信号拉至一偏移电压VBIAS,如图5所示。VBIAS的选择依据是使输出驱动源能够对高低电平信号有汲取电流能力。这种端接方式需要一个具有吸、灌电流能力的独立的电压源来满足输出电压的跳变速度的要求。在此端接方案中,如偏移电压VBIAS为正电压,输入为逻辑低电平时有DC直流功率损耗,如偏移电压VBIAS为副电压,则输入为逻辑高电平时有直流功率损耗。

(IV)并行AC端接
如图6所示,并行AC端接使用电阻和电容网络(串联RC)作为端接阻抗。端接电阻R要小于等于传输线阻抗Z0,电容C必须大于100pF,推荐使用0.1uF的多层陶瓷电容。电容有阻低频通高频的作用,因此电阻R不是驱动源的直流负载,故这种端接方式无任何直流功耗。
(V)二极管并行端接
某些情况可以使用肖特基二极管或快速开关硅管进行传输线端接,条件是二极管的开关速度必须至少比信号上升时间快4倍以上。在面包板和底板等线阻抗不好确定的情况下,使用二极管端接即方便又省时。如果在系统调试时发现振铃问题,可以很容易地加入二极管来消除。

典型的二极管端接如图7所示。肖特基二极管的低正向电压降Vf(典型0.3到0.45V)将输入信号钳位到GROUND-Vf和VCC+Vf之间。这样就显著减小了信号的过冲(正尖峰)和下冲(负尖峰)。在某些应用中也可只用一个二极管。
二极管端接的优点在于:二极管替换了需要电阻和电容元件的戴维宁端接或RC端接,通过二极管钳位减小过冲与下冲,不需要进行线的阻抗匹配。尽管二极管的价格要高于电阻,但系统整体的布局布线开销也许会减少,因为不再需要考虑精确控制传输线的阻抗匹配。二极管端接的缺点在于:二极管的开关速度一般很难做到很快,因此对于较高速的系统不适用。
(2)串行端接

串行端接是通过在尽量靠近源端的位置串行插入一个电阻RS(典型10Ω到75Ω)到传输线中来实现的,如图8所示。串行端接是匹配信号源的阻抗,所插入的串行电阻阻值加上驱动源的输出阻抗应大于等于传输线阻抗(轻微过阻尼)。即这种策略通过使源端反射系数为零从而抑制从负载反射回来的信号(负载端输入高阻,不吸收能量)再从源端反射回负载端。
串行端接的优点在于:每条线只需要一个端接电阻,无需与电源相连接,消耗功率小。当驱动高容性负载时可提供限流作用,这种限流作用可以帮助减小地弹噪声。串行端接的缺点在于:当信号逻辑转换时,由于RS的分压作用,在源端会出现半波幅度的信号,这种半波幅度的信号沿传输线传播至负载端,又从负载端反射回源端,持续时间为2TD(TD为信号源端到终端的传输延迟),这意味着沿传输线不能加入其它的信号输入端,因为在上述2TD
时间内会出现不正确的逻辑态。并且由于在信号通路上加接了元件,增加了RC时间常数从而减缓了负载端信号的上升时间,因而不适合用于高频信号通路(如高速时钟等)。

原作者:future

来 源:上海泰齐科技

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