硬件设计-传输线匹配

目录

简介:

主题:

终端匹配

始端匹配

始端匹配的阻值

始端匹配的输出驱动电流

中间匹配

电阻阻值的选择


简介:

       系统何时需要匹配电阻?按照第四章的内容来看有两种情况:长线传输造成信号反射的情况和短线传输造成信号振荡的情况。传输线过长意味着线缆的长度已经超过了六分之一的信号波长,这时信号线必须匹配。如果 不采取匹配,长线任一端的反射都能使信号无法传输。第四章第三节阐述了如何精确的确定信号 反射的影响。可以用来确定在一根没有匹配的电线上反射持续的时间。 传输线较短时,如果负载是容性的话仍然需要匹配。负载是容性的高感应电路,让我们看到高Q振荡的后果。短线上的振荡现象和长线上的反射现象具有相同的影响效果。 匹配可以解决振荡或反射的问题。

主题:

终端匹配和始端匹配的比较;

选择合适的匹配电阻;

匹配器件间的串扰;

终端匹配

当使用终端匹配时,每一个驱动门直接和它的传输线相连,匹配电阻并在接收端

终端匹配传输线有以下这些特征:

1) 波形在整条线上都是以满强度传输的;

2)所有的反射都被匹配电阻抑制了;

3)接收端电压等于发射端电压。

始端匹配

始端匹配电路中的驱动器通过串联的电阻和传输线相连。这个电阻的阻值加上驱动器的输出

阻抗应该等于传输线的特征阻抗Z0这样源端的反射系数就等于零。

始端匹配电路有以下特征:

1. 输出波形在经过串联电阻后的强度只有原来的一半;

2.传到传输线终端的信号强度只有原始信号的一半;

3.在传输线的终端(开路的情况下)信号的反射系数是+1。反射信号的强度也是原始信号的一

半。一半的反射信号和原始输出的一半信号相加形成传输线终端的信号电平。

4.反射信号(原始信号强度的一半)沿着传输线往源端回传,到达匹配电阻后被抑制。

5.终端反射回来的信号到达源端后,输出电流降到零直到下次传送开始。在一些高速系统中,

在反射回到源端之前下一次传输就已经开始了。

始端匹配的阻值

一个理想的驱动器的输出阻抗是0。实际的驱动器的输出电阻也都很小。ECL电路的高电平和低电平的输出阻抗都是10欧左右。当设计一个始端匹配的电路时,必须考虑驱动器的输出阻抗使 驱动器输出阻抗加上匹配电阻的阻值与线路的阻值相匹配。因此源端匹配电路的匹配电阻的阻值 小于线路的特征阻抗。 TTL和CMOS电路在输出高电平和低电平时的输出阻抗不同。因而对于TTL和 CMOS 电路没有完全合适的阻值来进行始端的匹配,只能取一个折衷的值。

始端匹配的输出驱动电流

始端匹配传输线的复合输入阻抗既包括传输线的特征阻抗 Z0又包括匹配电阻的阻值。它们的
和接近于特征阻抗的二倍。最坏情况下的输出电流是 V /2 Z 0 。这种状态持续的时间只有信号在电
缆上传输一个来回的时间,此后输出电流变为 0 。对于始端匹配由于信号倒换很少,因而平均的驱
动输出电流是很小的,虽然峰值电流是 V /2 Z 0 。 与通常的认识相反,终端匹配的传输线不比始端匹配的传输线更难驱动。如果把终端匹配的偏置设为逻辑电平的中间点,终端匹配电路的最大输出电流与始端匹配电路一样。终端匹配传输 线的输入阻抗只有始端匹配电路的一半,即Z0
。但输出和偏置之间的电压峰值只有输出电压的一 半,因而最大输出电流也是 V /2 Z 0

中间匹配

有时候工程师把很多电路连到一起但并不考虑匹配,而信号可能已经具备了匹配的条件。这
在三态驱动器的情况下更为严重,因为不能准确定义源端和终端。
直觉告诉我们每一次传输在稳定下来之前都要在传输线上震荡一段时间。 4.3.5 节提供了一种
快速的方法来估算一段直线上的这段时间。在器件间连线比较复杂的情况下,这段时间至少是最
长的那根分支连线上的稳定时间。
如果这个网络中的一个器件需要陡峭的上升沿的话,就比较麻烦。通常情况下没有办法来解
决这个问题,因为缺少使上升沿变陡的方法(另外也无法对接收信号加有效的滤波)。
如果输入电路能够及时采样的话,我们可以把采样的时间安排在网络上每一次传输稳定以
后。这时,我们只需减少传输稳定的建立时间,不过是没法完全消除的。
至少有四种方法可以解决这个问题:
1 )为每一个驱动器都加上始端的匹配。
2 )为每一个接收器都加上终端的匹配。
3 )在网络的中间加一个 SHUNT 匹配。
4 )在所有的支路节点之间串入电阻。

电阻阻值的选择

终端匹配的电阻应该能减小或消除不希望的反射。这必须满足匹配电阻与传输线的特征阻抗
相等才能实现。 在考虑不匹配的最坏情况时必须同时考虑阻值的不确定性和传输线特征阻抗的不确定性。总 的结果除以2 来找出期望的反射百分比( 。传输线特征阻抗往往比电阻的阻值更加 不确定。例如我们都知道传输线的阻值范围在 之内而电阻的阻值都在 之内。 ! 10% ! 1% 如果信号的保真度是最重要的话,可以考虑同时使用终端和源端的匹配。这种情况下接收到的信号电平减半但是显著的减小了反射。任何反射信号都必须在始端和终端之间传输同时使有效反射系数保持一致。无论对终端匹配还是始端匹配的要求都放宽了。这种方法在微波电路中应用比较广泛,主要用于在宽的频带内实现增益的平坦。在数字电路中这种双匹配技术仅仅当线路接收器可以区别接收削弱的信号的情况下才使用

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