传输线与阻抗匹配VIP

传输线与阻抗匹配 一 阻抗匹配阻抗的定义常见阻抗匹配的方式二 常见传输线单端传输线差分传输线微带线带状线 传输线与阻抗匹配 阻抗定义 传输线可分为长线和短线 长线和短线是相对于波长而言的 短线 l 0 05 集中参数电路长线 l 0 05 分布参数电路 阻抗定义 阻抗的定义阻抗定义 在具有电阻 电感和电容的电路里 对电流所起的阻碍作用叫做阻抗 当信号的边沿很陡的时候 信号本身所包含的有效频率远远高出信号工作频率 对于1ns的上升信号沿 所包含的有效频率带宽达到400M左右 而这样的信号在传输线上传输时 信号的传播类似于场的形式传播 而不是电压与电流 阻抗定义 阻抗的定义1 导线流过电流时 周围会产生高频磁场 因而沿导线各点会存在串联分布电感L 2 两导线间加上电压时 线间会存在高频电场 于是线间会产生并联分布电容C 3 电导率有限的导线流过电流时会发热 而且高频时由于趋肤效应 电阻会加大 即表明导线有分布电阻R 4 导线间介质非理想时有漏电流 这就意味着导线间有分布电导G 阻抗定义 图2阻抗计算 传输线方程是传输线理论的基本方程 是描述传输线上电压 电流变化规律及其相互关系的微分方程 常见的阻抗匹配方式 阻抗匹配是指信号源或者传输线跟负载之间的一种合适的搭配方式 阻抗不匹配会有什么不良后果 在高速的设计中 阻抗的匹配与否关系到信号的质量好坏 如果不匹配 则会形成反射 能量传递不过去 降低效率 会在传输线上形成驻波 简单的理解 就是有些地方信号强 有些地方信号弱 导致传输线的有效功率降低 功率发射不出去 甚至会损坏发射设备 如果是电路板上的高速信号线与负载阻抗不匹配时 会产生震荡 辐射干扰等 常见的阻抗匹配方式 阻抗匹配方式在高速的设计中 阻抗的匹配与否关系到信号的质量优劣 阻抗匹配的技术可以说是丰富多样 但是在具体的系统中怎样才能比较合理的应用 需要衡量多个方面的因素 下面介绍几种常见匹配方式 串联终端匹配并联终端匹配戴维南终端匹配AC终端匹配肖特基二极管终端匹配技术 常见的阻抗匹配方式 串联终端匹配串联终端匹配 在信号源端阻抗低于传输线特征阻抗的条件下 在信号的源端和传输线之间串接一个电阻R 使源端的输出阻抗与传输线的特征阻抗相匹配 抑制从负载端反射回来的信号发生再次反射 图3串联终端匹配 常见的阻抗匹配方式 1 匹配电阻选择原则 Z0 RT ZS 2 常见的COMS和TTL驱动器 其输出阻抗会随信号的电平大小变化而变化 因此 对TTL或CMOS电路来说 不可能有十分正确的匹配电阻 只能折中考虑 负载必须接到传输线的末端 3 串联匹配是最常用的终端匹配方法 它的优点是功耗小 不会给驱动器带来额外的直流负载 也不会在信号和地之间引入额外的阻抗 而且只需要一个电阻元件 4 常见应用 一般的CMOS TTL电路 USB信号等电路 常见的阻抗匹配方式 并联终端匹配在信号源端阻抗很小的情况下 通过增加并联电阻使负载端输入阻抗与传输线的特征阻抗相匹配 达到消除负载端反射的目的 实现形式分为单电阻和双电阻两种形式 图4并联终端匹配 常见的阻抗匹配方式 1 并联终端匹配优点是简单易行 而易见的缺点是会带来直流损耗 单电阻方式的直流功耗与信号的占空比紧密相关 双电阻方式则无论信号是高电平还是低电平都有直流功耗 但电流比单电阻方式少一半 2 电阻RT的值必须同传输线的特征阻抗Z0匹配 3 常见应用 以高速信号应用较多 1 DDR等SSTL驱动器 采用单电阻形式 2 TMDS等高速串行数据接口 采用单电阻形式 单端阻抗为50欧姆 差分对间为100欧姆 常见的阻抗匹配方式 戴维南终端匹配技术戴维南终端匹配技术也叫做双终端匹配技术 它采用两个电阻R1和R2来实现终端匹配 R1通过从VCC向负载注入电流来帮助驱动器更容易到达逻辑高状态 R2帮助通过向地吸收电流来将驱动器下拉到逻辑低状态 当R1和R2的并联同信号线的特征阻抗Z0匹配时可以加强驱动器的扇出能力 应用 SSTL HSTL DDR地址 控制命令等信号 图5戴维南终端匹配 常见的阻抗匹配方式 AC终端匹配技术AC终端匹配技术也称之为RC终端匹配技术 它是由一个电阻R和一个电容C组成的 电阻R和电容C连接在传输线的负载一端 电阻R的值必须同传输线的特征阻抗Z0的值匹配才能消除信号的反射 对周期性的信号有效 如时钟 不适合于非周期信号 如数据 常见的阻抗匹配方式 肖特基二极管终端匹配技术肖特基二极管终端匹配技术也称之为二极管终端匹配技术 由两个肖特基二极管组成 传输线末端的信号反射 导致负载输入端上的电压升高超过VCC和二极管D1的正向偏值电压 使得该二极管正向导通连接到VCC上 从而将信号的过冲嵌位在VCC和二极管的阈值电压上 同样 连接到地上的二极管D2也可以将信号的下冲限制在二极管的正向偏置电压上 常见传输线类型 传输线可分为长线和短线 长线和短线是相对于波长而言的 短线 l 0 05 集中参数电路长线 l 0 05 分布参数电路 常见传输线类型 一 单端传输线单端传输线是连接两个设备的最为常见的方法 一条导线连接了一个设备的源和另一个设备的负载 参考 接地 层提供了信号回路 常见传输线类型 二 差分传输线在差分模式中 传输线路是成对布放的 两条线路上传输的信号电压 电流值相等 但相位 极性 相反 常见传输线类型 三 微带线 它由一根带状导线与地平面构成 中间是电介质 如果电介质的介电常数 线的宽度 及其与地平面的距离是可控的 则它的特性阻抗也是可控的 其精确度将在5 之内 微带线的特性阻抗Z0为 常见传输线类型 四 带状线 带状线就是一条置于两层导电平面之间的电介质中间的铜带 如果线的厚度和宽度 介质的介电常数 以及两层接地平面的距离都是可控的 则线的特性阻抗也是可控的 且精度在10