阻抗匹配
阻抗匹配意味著在傳輸能量時,負載阻抗必須等于傳輸線的特征阻抗。此時,傳輸中沒有反射,這表明所有能量都被負載吸收了。相反,在傳輸中存在能量損失。在高速PCB設計中,阻抗的匹配與信號質量有關。什么時候需要對PCB走線進行阻抗匹配?
它主要不是看頻率,而是要看信號邊緣的陡度,即信號的上升/下降時間。通常認為,如果信號的上升/下降時間(以10%到90%表示)小于導線延遲的6倍,則它是高速信號,我們必須注意阻抗匹配的問題。導線延遲通常設置為150ps /英寸。
特性阻抗
在信號沿傳輸線傳播的過程中,如果傳輸線上到處都有一致的信號傳播速度,并且每單位長度的電容相同,則信號在傳播過程中始終會看到完全一致的瞬時阻抗。由于阻抗在整個傳輸線中保持恒定,因此我們使用一個特定的名稱來表示該特性或特定傳輸線的特性,并將其稱為傳輸線的特性阻抗。特性阻抗是指沿傳輸線看到信號時的瞬時阻抗值。特性阻抗與PCB導體所在的板層,PCB使用的材料(介電常數(shù)),走線寬度以及導體與平面之間的距離有關,與走線無關長度??梢允褂密浖碛嬎闾卣髯杩埂T诟咚貾CB布線中,數(shù)字信號的走線阻抗通常設計為50歐姆,這是一個近似值。通常,同軸電纜的基帶為50歐姆,頻帶為75歐姆,雙絞線(差分)為100歐姆。常見的阻抗匹配方法
1.系列終端匹配
在信號源的阻抗低于傳輸線的特征阻抗的條件下,在信號源和傳輸線之間串聯(lián)電阻R,使得信號源的輸出阻抗與信號源的特征阻抗匹配。傳輸線,并抑制了負載反射的信號。發(fā)生第二次反射。匹配電阻選擇原理:匹配電阻值與驅動器的輸出阻抗之和等于傳輸線的特征阻抗。普通CMOS和TTL驅動器的輸出阻抗將隨信號電平而變化。因此,對于TTL或CMOS電路,不可能有一個非常正確的匹配電阻,只有折衷考慮。具有鏈形拓撲的信號網(wǎng)絡不適合串聯(lián)終端。所有負載必須連接到傳輸線的末端。
串聯(lián)匹配是最常用的終端匹配方法。它的優(yōu)點是功耗低,驅動器沒有額外的直流負載,信號與地之間沒有額外的阻抗,并且僅需要一個電阻元件。
常見應用:通用CMOS和TTL電路的阻抗匹配。 USB信號也以這種方式采樣以進行阻抗匹配。
2.并聯(lián)端子配套
在信號源處的阻抗很小的情況下,可以通過增加并聯(lián)電阻以消除負載端的反射,使負載端的輸入阻抗與傳輸線的特性阻抗匹配。實現(xiàn)形式分為單電阻和雙電阻兩種形式。匹配電阻選擇原理:當芯片的輸入阻抗很高時,對于單電阻類型,負載端的并聯(lián)電阻值必須等于或等于傳輸線的特性阻抗;對于雙電阻型,每個并聯(lián)電阻值是傳輸線特征阻抗的兩倍。
并聯(lián)端子匹配的優(yōu)點是簡單易行,明顯的缺點是會帶來直流功耗:單電阻方法的直流功耗與信號的占空比密切相關。雙電阻方法無論信號高還是低都具有直流功耗,但電流比單電阻方法小一半。
常見應用:有許多具有高速信號的應用。
(1)SSTL驅動程序,例如DDR,DDR2。它采用單電阻形式,并與VTT(通常為IOVDD的一半)并聯(lián)。 DD R2數(shù)據(jù)信號的并聯(lián)匹配電阻內置在芯片中。
(2)高速串行數(shù)據(jù)接口,例如TMDS。 它采用單電阻形式,并在接收設備處并聯(lián)連接到IOVDD。 單端阻抗為50歐姆(差分對之間為100歐姆)。