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为什么电路端接电阻能改进旗子暗记完整性?_暗记_旗子

神尊大人 2025-01-17 19:14:11 0

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一样的,旗子暗记在PCB上走线当碰着PCB的阻抗突变了,旗子暗记也会发生反射。

我们以光的反射类比旗子暗记的反射。
光的反射,指光在传播到不同物质时,在分界面上改变传播方向,返回原来物质中的征象。
光在碰到介质界面时,其折射率和反射率由。
光芒在临界面上的反射率仅与介质的物理性能,光芒的波长,以及入射角干系。
同样的,旗子暗记/电磁波在传输过程中,一旦传输线瞬时阻抗发生变革,那么就将发生反射。
旗子暗记的反射有一个参数叫作反射系数(ρ),打算公式如式。

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(图片来自网络侵删)

式中,Z1为变革前的阻抗;Z2为变革后的阻抗。
假设PCB线条的特性阻抗为50Ω,传输过程中碰着一个空想的100Ω的贴片电阻接地,那么反射系数利用公式打算得到:

旗子暗记有1/3被反射回源端。
反射系数ρ打算公式的推导过程,此处不展开。

旗子暗记沿传输线向前传播时,每时每刻都会可能发生阻抗变革,如PCB走线宽度变革,PCB厚度变革,换层,电阻,电容,电感,过孔,PCB转角,接插件,器件管脚;这个阻抗可能是传输线本身的,也可能是中途或末端其他元件的。
对付旗子暗记来说,它不会区分到底是什么,旗子暗记是否反射,只会根据阻抗而变革。
如果阻抗是恒定的,那么他就会正常向前传播,只要阻抗发生了变革,不论是什么引起的,旗子暗记都会发生反射。

不管是COMS电路还是SSTL电路,抑或是射频电路,电路设计工程师希望全体传输链路阻抗都是同等的,最空想的情形便是源端、传输线和负载端都一样。
但是实际总是事与愿违,由于发送真个芯片内阻常日会比较小,而传输线的阻抗又是50Ω,这就造成了不匹配,使旗子暗记发生反射。
这种情形在并行总线和低速旗子暗记电路中常常涌现,而常日对付高速SerDes电路而言,芯片内阻与差分传输线的阻抗是匹配的。

如果确实涌现了阻抗不匹配,常日的做法是在芯片之外采取电阻端接匹配来实现阻抗同等性。
常用的端接办法有源端端接、终端并联端接、戴维宁端接、RC 端接、差分端接等。
那端接电阻要利用几颗?端接电阻怎么放置?阻值是选择多大呢?

1)点对点拓扑构造

在先容端接之前,先理解下电路的拓扑构造。
电路的拓扑是指电路中各个元件之间的连接关系。
常见的电路拓扑构造包括点对点的拓扑、星型拓扑、T型拓扑、菊花链拓扑等,最大略的拓扑便是点对点拓扑构造的连接设计。
点对点设计也是最常见的电路拓扑设计,尤其是在高速电路中险些都是点对点的连接设计。
点对点虽然大略,但是这种拓扑设计限定了带负载的数量。
点对点设计,由于驱动真个内部阻抗与传输线的阻抗常常不匹配,很随意马虎就会形成旗子暗记反射,使旗子暗记失落真。
这便是一个旗子暗记完全性问题。

如图所示是点对点的拓扑构造,由驱动端、传输线和吸收端组成。

点对点无端接拓扑构造

在这个电路拓扑中,其吸收真个旗子暗记波形如图所示。

点对点无端接的旗子暗记波形

从波形上剖析,旗子暗记在高电平时稳定电压在1.8V,但是最大值达到了2.619V,有819mV的过冲;最小值达到了-731mV,低于0V达到了731mV。
这种情形在电路设计中须要只管即便避免,由于这么大的过冲很随意马虎损毁芯片,纵然不损毁,也存在可靠性的问题。
以是,在设计中须要把过冲降落,只管即便担保电压幅值在电路可接管的范围内,如此案例只管即便担保知足1.8V+/-5%。
这时就须要通过 端接电阻来改进旗子暗记质量。

2)源端端接

源端端接设计也叫串联端接设计,是一种常用的端接设计。
端接办法是只在芯片端出来之后添加一颗端接电阻,只管即便靠近输出端。
在此电路构造中,关键的是加多大阻值的电阻,须要根据电路的实际情形进行仿真或打算确认。
打算的原则是源端阻抗Rs与所加端接电阻R0的值即是传输线的阻抗Z0。
在前面的点对点拓扑构造中,加入端接电阻值为33Ω的R1,其电路拓扑构造如图所示。

源端端接拓扑构造

此时在吸收端得到的旗子暗记波形如图所示。

源端端接后的波形

利用源端端接后,原来的存在的过冲已经基本肃清,旗子暗记质量得到极大的改进。
在加入源端端接电阻之后,旗子暗记的上升沿变缓,上升韶光变长。

源端端接在电路匹配时,可以使电路匹配得非常好,但是并不是适宜于每一种电路设计。
源端端接有自身的一些特性,大致归纳如下。

(1)源端端接非常大略,只须要利用一颗电阻即可完成端接。

(2)当驱动端器件的输出阻抗与传输线特性阻抗不匹配时,利用源端端接在开始就可以使阻抗匹配;当电路不受终端阻抗影响时,非常适宜利用源端端接;如果吸收端存在反射征象,就不适宜利用源端端接。

(3)适用于单一负载设计时的端接。

(4)当电路旗子暗记频率比较高时,或者旗子暗记上升韶光比较短(特殊是高频时钟旗子暗记)时,不适宜利用源端端接。
由于加入端接电阻后,会使电路的上升韶光变长。

(5)得当的源端端接可以减少电磁滋扰(EMI)辐射。

3)并联端接

并联端接即把端接电阻并联在链路中,一样平常把端接电阻在靠近旗子暗记吸收真个位置,并联端接分为上拉电阻并联端接和下拉电阻并联端接。
电路图如图32.5所示。

并联端接拓扑构造

端接电阻值R0与传输线的阻抗同等。
利用并联端接后,其吸收真个旗子暗记波形如图所示。

并联端接后的旗子暗记波形

从波形上剖析,过冲基本被肃清。
上拉并联端接的波形低电平有很明显的上移,下拉并联端接的波形高电平有很明显的下移。
不管是上拉并联端接还是下拉并联端接,旗子暗记波形的峰峰值都比利用源端端接时要小一些。

并联端接放在吸收端,以是能很好地肃清反射,利用的元件也只有电阻。

从电路构培养可以看出,纵然电路保持在静态情形,并联端接依然会花费电流,以是驱动的电流需求比较大,很多时候驱动端无法知足并联端接的设计,在特殊是多负载时,驱动端更加难以知足并联端接须要花费的电流。
以是,一样平常并联端接不用于TTL和COMS电路。
同时,由于幅值被降落,以是噪声容限也被降落了。

4)戴维宁端接

戴维宁端接便是利用两颗电阻组成分压电路,即用上拉电阻R1和下拉电阻R2构成端接,通过R1和R2接管反射能量。
戴维宁端接的等效电阻必须即是走线的特性阻抗。
电路拓扑构造如图所示。

戴维宁端接拓扑构造

利用戴维宁端接后,其吸收真个旗子暗记波形如图所示。

戴维宁端接后的旗子暗记波形

从上述旗子暗记波形剖析,戴维宁端接匹配的效果也非常好,也基本能肃清过冲的影响。

戴维宁端接办法,由于一贯存在直流功耗,以是对电源的功耗哀求比较多,也会降落源真个驱动能力。
从旗子暗记吸收真个波形可以看出,戴维宁端接的幅度降落了,以是噪声容限也被降落。
同时,戴维宁端接须要利用两颗分压电阻,电阻的选型也相比拟较麻烦,使很多电路设计工程师在利用这类端接时总是非常谨慎。

DDR2和DDR3的数据和数据选通信号网络的ODT端接电路就采取了戴维宁端接。

5)RC端接

RC端接在并联下拉端接的电阻下面增加一颗电容,并下拉到地,以是RC端接是由一颗电阻和一颗电容组成的端接。
RC端接也可以看作是一种并联端接。
电阻值的大小即是传输线的阻抗,电容值常日取值比较小。
RC端接电路的拓扑如图所示。

RC端接拓扑构造

利用RC端接后,其吸收真个旗子暗记波形如图所示。

RC端接后的旗子暗记波形

从吸收真个波形剖析,RC端接也使过冲基本被肃清了。
RC端接能非常好的肃清源端带来的反射影响,但是RC电路也有可能导致新的反射。
由于RC端接电路中有电容存在,以是电路静态时的直流功耗非常小。

旗子暗记波形的低电平电压提升了很多,以是RC端接后电路的噪声容限被降落。
RC端接后,由于引入了RC延时电路,以是旗子暗记波形边沿也明显的变缓慢,其变革程度与RC端接的电阻值和电容值有直接关系。
以是,RC端接并不适宜非常高速的旗子暗记及时钟电路的端接。
同时,RC端接办法须要利用电阻和电容两颗器件。

从上面剖析的几种电阻端接类型来看,基本都能达到电路匹配端接的效果,使旗子暗记在通报过程中保持旗子暗记不失落真,即知足旗子暗记完全性的设计哀求。
对付电子产品设计而言,这是一个别系工程,个中涉及各个方面,包括旗子暗记完全性设计与电源完全性,也包括电磁兼容性、电路可靠性、可加工性、本钱等。
那么在利用电阻端接来办理反射问题时,也要考虑到这些方面的缘故原由。
在实际项目的运用中,就须要根据项目工程的运用选择电阻端接的类型。

总而言之,从电气性能的角度来讲,电阻端接匹配不仅仅可以改进旗子暗记质量,还可以用于掌握旗子暗记边沿变革的速率,即掌握旗子暗记的上升韶光;也可以改变旗子暗记电平的类型,即起到转换的浸染。

本文是由旗子暗记完全性专家 蒋修国撰写,收录在《硬件十万个为什么——无源器件篇》

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