高速PCB的終端端接
發(fā)布時(shí)間:2008/10/13 0:00:00 訪問(wèn)次數(shù):1052
在高速數(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,如圖所示。下面將分別對(duì)這幾種端接方式進(jìn)行分析。
圖 幾種典型端接方式
。1)串聯(lián)端接
如圖(b)所示,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,如圖(d)所示,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。戴維寧終端等效阻抗為
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,如圖(c)所示。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
如圖(f)所示為二極管端接方式,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)樾ぬ鼗䴓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
在高速數(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,如圖所示。下面將分別對(duì)這幾種端接方式進(jìn)行分析。
圖 幾種典型端接方式
。1)串聯(lián)端接
如圖(b)所示,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,如圖(d)所示,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。戴維寧終端等效阻抗為
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,如圖(c)所示。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
如圖(f)所示為二極管端接方式,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)樾ぬ鼗䴓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
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