在高速电路中,会看到走线中串一些小电阻,为什么要串这一个小电阻?又如在DDR设计时,SPEC中规定了VTT信号需要进行端接,那么应该怎么端接?端接的电阻该怎么选取?下面就给大家谈一谈里面的细节。 通常我们说减少反射的负面影响,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,使下一个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的时间内达到稳定; (3)采用阻抗匹配方案消除反射,其中信号端接不但能减少在源和目的之间匹配阻抗的信号反射和振铃,而且也能减缓信号边沿的快速上升和下降; 在高速系统设计中,第1种不可能,而第2种也不实际,通常要缩短PCB布线长度,就需要增加布线层数、增加过孔数量,从而得不偿失,第三种阻抗匹配(端接)是最好的方法; 通常传输线的端接采用以下两种策略: 1. 使负载阻抗与传输线阻抗匹配,即终端端接; 2.使源端阻抗与传输线阻抗匹配,即源端端接; 1、源端串联端接 源端串联端接适用于单点对单点的连接,即在靠近芯片的发送端串联电阻,使得该串联电阻与芯片的内阻之和尽量与传输线阻抗一致,即RO+Rt = ZO。如驱动器的内阻为10Ω,传输线阻抗为50Ω,则串联电阻为50-10=40Ω。 端接电阻阻值对信号质量的影响: 阻值太大,传输线上的分压变小,导致输出电压不足; 阻值太小,传输线上的分压变大,导致信号过冲幅度比较大; 端接电阻位置对信号质量的影响: 源端串联端接,电阻位置越靠近发送端效果越好,如果端接电阻靠近接受端,相当于造成阻抗更加不匹配,信号过冲或振铃现象会更加严重。 【优缺点分析】 优点:发送端端接不会引起额外的功耗,匹配方式简单,且不会增加信号线路的stub。 缺点:一般仅用于点对点信号。同时Rt的存在会使信号的边沿变缓,在时序裕量较小的场合下,应权衡选择Rt的值。 2、末端并联端接终端并联端接适用于单点对多点的连接,即在末端并联一个与传输线特性阻抗一致的电阻到GND或电源上。末端端接目的就是引导末端的“水流”,从而阻止信号在源端和末端的来回反射。并联的电阻值和传输线阻抗保持一致。 我们将上面的传输模型简化如下: Vt:驱动器输出电压 R1:驱动器内阻 Rt:终端并联电阻 R2:接收端输入阻抗 Vr:接收端输入电压 通常接收端的输入阻抗都比较大,所以终端并联电阻Rt和输入阻抗R2并联后的阻值可近似为 则接收端能够得到的电压: 通过上式我们可以发现,末端下拉端接接收端最终得到的稳态电压和驱动器输出的电压是不一样的,和末端匹配电阻Rt和驱动内阻R1有关。 为了减少反射,端接电阻肯定是要和传输线阻抗相匹配,这时候稳态电压就主要取决于驱动内阻了,驱动内阻越高,接收端的稳定电压就越低,所以驱动内阻的大小影响芯片的驱动能力。末端下拉并联端接会降低芯片最终输出电压,也就是会减弱芯片的驱动能力。 为了解决下拉端接拉低信号电平的问题,可以采用上拉端接。 同样我们可以得到接受端的电压为: 由上面的公式可见,接收端最终接收到的电压不仅取决于端接电阻,还取决于末端上拉电压。对于末端下拉并联端接,它的最大缺点就是会拉低信号高电平,这样会降低芯片的驱动能力。而对于末端上拉并联端接,由于驱动器内阻和上拉电压的存在,在一开始就会抬高信号低电平。 【优缺点分析】 优点:不会影响信号的的边沿速率,同时可以减小噪声、电磁干扰(EMI)以射频干扰(RFI)。 缺点:在电阻Rt上会出现一定的功率损耗,同时在接收端,可能会导致信号无法满足门限电平的要求,在使用并联端接的时候一定要注意驱动器的直流输出阻抗的大小,合理考虑驱动器的输出能力。 3、戴维南端接(分压端接)戴维南端接实际也是末端并联端接的一种形式,包含一个上拉电阻和一个下拉电阻,电阻值满足:R1//R2 = Z0 。通常戴维南端接用于驱动器驱动能力不足,而又必须使用末端并联端接的场合,上拉电阻能够提供一部分驱动电流给负载以帮助驱动器驱动高电平,下拉电阻能够吸收一部分电流帮助驱动器驱动低电平,同样因为下拉电阻高电平被拉低,上拉电阻使信号低电平被拉高,所以戴维南端接会使信号的摆幅减小。 【优缺点分析】 优点:不影响信号的边沿速率;降低对源端器件的驱动能力要求 缺点:在电阻R1和R2上都会消耗一定的功耗,同时所用器件较多,会造成布局紧张。 4、终端AC端接 在上述的端接方式中,接收端匹配电阻与地或电源之间连接,存在直流通路,产生了一定的功耗,而在阻容并联匹配中,电容可切断该通路,有效减少了功耗。同时也不会产生其他并联端接方式中高电平被拉低或低电平被拉高的现象。另外,在一定程度上能够衰减信号中的高频噪声。AC端接要求链路上传输的是直流平衡信号,不适合突发模式模式的数据传输。 一般Rt的阻值与传输线阻抗近似相等,电容选取几十至几百皮法的陶瓷电容即可 【优缺点分析】 优点:相对其他接收端匹配方式,功耗较小 缺点:与接受端并联端接一样,存在接收端高、低电平不对称的问题。因为电容的存在将使信号边沿变缓。 5、终端肖基特并联端接严格来说,二极管并联端接只能实现对接收端器件的保护,而无法实现阻抗匹配。当传输线上存在阻抗不匹配时,该端接能有效减小信号的上冲和下冲,但不能消除反射。 【优缺点分析】 优点:保护接收端器件的额输入端口 缺点:无法消除反射。同时二极管的开关速度会限制响应时间,所以较高速系统不适合此方法。 |
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