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                                                      消除信号反射的匹配方式介绍
                            
            (作者:上海延清电子)

               在高速PCB设计中,信号的反射将给PCB的设计质量带来很大的负面影响,而要减轻反射信号的负面影响,有三种方式:
               1),降低系统频率从而加大信号的上升与下降时间,使信号在加到传输线上前,前一个信号的反射达到稳定;
               2),缩短PCB走线长度使反射在最短时间内达到稳定;
               3),采用阻抗匹配方案消除反射;
             
             在高速系统设计中,第1种是不可能的,而第2种也是不实际的,通常要缩短PCB布线长度,可能需要增加布线层数、增加过孔数,从而得不偿失,那么第3种是最好的方法,常用的阻匹配方式有以下几种:
             

              1.源端串联匹配   
              源端串联匹配就是在输出BUFFER上串接一个电阻,使BUFFER的输出阻抗与传输线阻抗一致;此电阻在PCB设计时应尽量靠近输出BUFFER放置 ,常用的值为:33殴姆。
              对于TTL或CMOS驱动,信号在逻辑高及低状态时均具有不同的输出阻抗,而一些负载器件可能具有不同的输入输出阻抗,不能简单的得知,所以在使用串联端接匹配时,在具有输入输出阻抗不一致的条件下,可能不是最佳的选择;在布线终端上存在集总线型负载或单一元件时,串联匹配是最佳的选择;
            串联电阻的大小由下式决定:
                                   R=ZO-R0     ZO--传输线阻抗     R0--BUFFER输出阻抗
              串联匹配的优点:提供较慢的上升时间,减少反系量,产生更小的EMI,从而降低过冲,增加信号的传输质量;
              串联匹配的缺点:当TTL/CMOS出现在同一网络上时,在驱动分布负载时,通常不能使用串联匹配方式。

              2.终端并联匹配 
              由在走线路径上的某一端连接单个电阻构成,这个电阻的阻值必须等于传输线所要求的电阻值,电阻的另一端接电源或地;简单的并联匹配很少用于CMOS与TTL设计中;
             并联匹配的优点:可用于分布负载,并能够全部吸收传输波以消除反射;
             并联匹配的缺点:需额外增加电路的功耗,会降低噪声容限。
              3.戴维南匹配  
                          Vref=R2/(R1+R2)
            ·V 
                                Vref--输入负载所要求的电压
                                V--电压源     R1---上拉电阻  R2--下拉电阻
              当R1=R2时,对高低逻辑的驱动要求均是相同的,对有些逻辑系列可能不能接受;
              当R1>R2时,逻辑低对电流的要求比逻辑高大,这种情况对TTL与COMS器件是不能工作的;
              当R1<R2时,这种对大多数的设计比较合适;
             
            戴维南匹配的优点: 能够全部吸收传输波以消除反射,尤其适合用于总线使用;
              戴维南匹配的缺点:需额外增加电路的功耗,会降低噪声容限;

              4.RC网络匹配  
              端接电阻应该等于传输线的阻抗Z0,而电容一般非常小(20PF--600PF);RC网络的时间常数必须大于两倍的信号传输延时时间;
              RC端接匹配的优点:可在分布负载及总线布线中使用,它完全吸收发送波,可以消除反射,并且具有很低的直流功率损耗;
              RC端接的缺点:它将使非常高速的信号速率降低,RC电路的时间常数选择不好会导致电路存在反射,对于高频、快速上升的信号应多加注意。

              5.二极管匹配
              二极管匹配方式常用于差分或成对网络上,采用二极管匹配会使其负载变成非线性,可能会增加EMI的问题。
             
            各种匹配方式的特征如下表所示:
             

            终端类型 元件数 延时情况 电源要求 元件值 备注
            并联 1 R=Z0 功耗很大
            戴维南 2 R=2Z0  
            RC 2 R=Z0,C很小  
            二极管 2 根据电源电压宝  

                                                              文章来源:上海延清电子科技


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