传输线终端阻抗匹配

对于PCB的走线或者电缆,在其电气长度大于线路上所传输的信号上升时间(幅度由20%升至80%时所需时间)的一半时候,其表现为传输线特性。为了获得优化的信号完整性,适当的终端是非常重要的。这里我们讨论源、负载、双终端策略。

1. 负载终端

1. 负载终端

如图24所示的传输线终端,并行负载阻抗为ZL,由一个电压信号源或电流信号源驱动,一旦信号抵达线的另一边负载处,信号的能量一部分被负载吸收,余下的将反射回信号源,信号的反射与激励信号的比例称为反射系数,其表达式为:

ΓL=( ZL- Zo) / ( ZL + Zo)     (等式2)

显然,如果线路阻抗Zo与负载阻抗ZL相等时,反射系数ΓL为0,这意味着信号没有被反射;如果ZL与Zo不相等,那么信号有一部分会被反射回源,反射信号到达源之后,一部分会再次发挥会负载,比例我们用源反射系数来表示:

ΓS=( ZS- Zo) / ( ZS + Zo)     (等式3)

在负载上看到的总的反射是通过传输线往复反射的结果,我们用往复反射系数来表示:

ΓRT=ΓSΓL                              (等式4)

大的反射系数会在接收输入处引起信号裕度的降低,过大的振铃、额外的触发边缘。因此,为了获得比较好的信号完整性,应当使往复反射最小化。

对于图24(a)中的理想电压源,ZS = 0,所以ΓS = -1;对于图24(b)中的理想电流源,ZS = 无穷大,所以ΓS = +1,因此,无论是电压源还是电流源,发射信号到达源的时候,会100%再次反射回负载,因此,一个匹配的负载是减少发射的最为有效的办法。

2. 源终端

2. 源终端

在某些情况下,在负载处进行适当的匹配是非常难以实施的,这可能是由于负载阻抗不受控制,或者不可能把终端匹配阻抗放在接收的管脚处,这时,可以使用源终端匹配方案,如图25(a)和(b),假设接收端的阻抗无穷大,那么负载反射系数ΓL = +1,信号会完全反射到源,如果源阻抗匹配ZS与线路阻抗Zo,那么反射大能量大部分能被源阻抗吸收,往复反射系数ΓRT=ΓS。

3. 双终端

3. 双终端

在某些应用中,减少负载或源反射系数到一个可以接受的范围可能是很困难的,例如,存在过多的寄生电容和电感。在传输线两端都进行终端匹配会是减少往复反射改善信号完整性比较好的办法,图26显示电压信号源或电流信号源双终端匹配,例如:如果ΓL=ΓS = 0.1,那么ΓRT=0.01,也就是仅1%信号反射回负载。

双终端的一个缺点是,到达负载的信号的幅度会是单终端信号幅度的1/2。

文章来源:shanghaiqianlun的专栏

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