阻抗匹配及相關知識

2、并聯(lián)終端匹配

并聯(lián)終端匹配的理論出發(fā)點是在信號源端阻抗很小的情況下，通過增加并聯(lián)電阻使負載端輸進阻抗與傳輸線的特征阻抗相匹配，達到消除負載端反射的目的。實現(xiàn)形式分為單電阻和雙電阻兩種形式。

并聯(lián)終端匹配后的信號傳輸具有以下特點：

　　A驅動信號近似以滿幅度沿傳輸線傳播；

　　B所有的反射都被匹配電阻吸收；

　　C負載端接受到的信號幅度與源端發(fā)送的信號幅度近似相同。

在實際的電路系統(tǒng)中，芯片的輸進阻抗很高，因此對單電阻形式來說，負載真?zhèn)€并聯(lián)電阻值必須與傳輸線的特征阻抗相近或相等。假定傳輸線的特征阻抗 為50Ω，則R值為50Ω。假如信號的高電平為5V，則信號的靜態(tài)電流將達到100mA。由于典型的TTL或CMOS電路的驅動能力很小，這種單電阻的并 聯(lián)匹配方式很少出現(xiàn)在這些電路中。

雙電阻形式的并聯(lián)匹配，也被稱作戴維南終端匹配，要求的電流驅動能力比單電阻形式小。這是由于兩電阻的并聯(lián)值與傳輸線的特征阻抗相匹配，每個電阻都比傳輸線的特征阻抗大?？紤]到芯片的驅動能力，兩個電阻值的選擇必須遵循三個原則：

　?、牛畠呻娮璧牟⒙?lián)值與傳輸線的特征阻抗相等；

　?、疲c電源連接的電阻值不能太小，以免信號為低電平時驅動電流過大；

　?、牵c地連接的電阻值不能太小，以免信號為高電平時驅動電流過大。

并聯(lián)終端匹配優(yōu)點是簡單易行；顯而易見的缺點是會帶來直流功耗：單電阻方式的直流功耗與信號的占空比緊密相關？；雙電阻方式則無論信號是高電平 還是低電平都有直流功耗。因而不適用于電池供電系統(tǒng)等對功耗要求高的系統(tǒng)。另外，單電阻方式由于驅動能力題目在一般的TTL、CMOS系統(tǒng)中沒有應用，而 雙電阻方式需要兩個元件，這就對PCB的板面積提出了要求，因此不適適用于高密度印刷電路板。

當然還有：AC終端匹配；基于二極管的電壓鉗位等匹配方式。

二.將訊號的傳輸看成軟管送水澆花

2.1數(shù)位系統(tǒng)之多層板訊號線（SignalLine）中，當出現(xiàn)方波訊號的傳輸時，可將之假想成為軟管（hose）送水澆花。一端于手握處加 壓使其射出水柱，另一端接在水龍頭。當握管處所施壓的力道恰好，而讓水柱的射程正確灑落在目標區(qū)時，則施與受兩者皆歡而順利完成使命，難道一種得心應手的 小小成就？

2.2然而一旦用力過度水注射程太遠，不但騰空越過目標浪費水資源，甚至還可能因強力水壓無處宣泄，以致往來源反彈造成軟管自龍頭上的擺脫!不僅任務失敗橫生挫折，而且還大捅紕漏滿臉豆花呢！

2.3反之，當握處之擠壓不足以致射程太近者，則照樣得不到想要的結果。過猶不及皆非所欲，唯有恰到好處才能正中下懷皆大歡喜。

2.4上述簡單的生活細節(jié)，正可用以說明方波（SquareWave）訊號（Signal）在多層板傳輸線 （TransmissionLine，系由訊號線、介質層、及接地層三者所共同組成）中所進行的快速傳送。此時可將傳輸線（常見者有同軸電纜 CoaxialCable，與微帶線MicrostripLine或帶線StripLine等）看成軟管，而握管處所施加的壓力，就比如板面上“接受端” （Receiver）元件所并聯(lián)到Gnd的電阻器一般，可用以調節(jié)其終點的特性阻抗（CharacteristicImpedance），使匹配接受端元 件內部的需求。

三.傳輸線之終端控管技術（Termination）

3.1由上可知當“訊號”在傳輸線中飛奔旅行而到達終點，欲進進接受元件（如CPU或Meomery等大小不同的IC）中工作時，則該訊號線本 身所具備的“特性阻抗”，必須要與終端元件內部的電子阻抗相互匹配才行，如此才不致任務失敗白忙一場。用術語說就是正確執(zhí)行指令，減少雜訊干擾，避免錯誤 動作”。一旦彼此未能匹配時，則必將會有少許能量回頭朝向“發(fā)送端”反彈，進而形成反射雜訊（Noise）的煩惱。

3.2當傳輸線本身的特性阻抗（Z0）被設計者訂定為28ohm時，則終端控管的接地的電阻器（Zt）也必須是28ohm，如此才能協(xié)助傳輸線 對Z0的保持，使整體得以穩(wěn)定在28ohm的設計數(shù)值。也唯有在此種Z0=Zt的匹配情形下，訊號的傳輸才會最具效率，其“訊號完整性” （SignalIntegrity，為訊號品質之專用術語）也才最好。

四.特性阻抗（CharacteristicImpedance）

4.1當某訊號方波，在傳輸線組合體的訊號線中，以高準位（HighLevel）的正壓訊號向前推進時，則距其最近的參考層（如接地層）中，理 論上必有被該電場所感應出來的負壓訊號伴隨前行（即是正壓訊號反向的回回路徑ReturnPath），如此將可完成整體性的回路（Loop）系統(tǒng)。該“訊 號”前行中若將其飛行時間暫短加以凍結，即可想象其所遭受到來自訊號線、介質層與參考層等所共同呈現(xiàn)的瞬間阻抗值 （InstantaniousImpedance），此即所謂的“特性阻抗”。是故該“特性阻抗”應與訊號線之線寬（w）、線厚（t）、介質厚度（h）與 介質常數(shù)（Dk）都扯上了關系。

4.2阻抗匹配不良的后果

由于高頻訊號的“特性阻抗”（Z0）原詞甚長，故一般均簡稱之為“阻抗”。讀者千萬要小心，此與低頻AC交流電 （60Hz）其電線（并非傳輸線）中，所出現(xiàn)的阻抗值（Z）并不完全相同。數(shù)位系統(tǒng)當整條傳輸線的Z0都能治理妥善，而控制在某一范圍內（±10﹪ 或±5﹪）者，此品質良好的傳輸線，將可使得雜訊減少，而誤動作也可避免。但當上述微帶線中Z0的四種變數(shù)（w、t、h、r）有任一項發(fā)生異常，例如訊號 線出現(xiàn)缺口時，將使得原來的Z0忽然上升（見上述公式中之Z0與W成反比的事實），而無法繼續(xù)維持應有的穩(wěn)定均勻（Continuous）時，則其訊號的 能量必然會發(fā)生部分前進，而部分卻反彈反射的缺失。如此將無法避免雜訊及誤動作了。例如澆花的軟管忽然被踩住，造成軟管兩端都出現(xiàn)異常，正好可說明上述特 性阻抗匹配不良的題目。

4.3阻抗匹配不良造成雜訊上述部分訊號能量的反彈，將造成原來良好品質的方波訊號，立即出現(xiàn)異常的變形（即發(fā)生高準位向上的 Overshoot，與低準位向下的Undershoot，以及二者后續(xù)的Ringing）。此等高頻雜訊嚴重時還會引發(fā)誤動作，而且當時脈速度愈快時雜 訊愈多也愈輕易出錯。