併聯匹配和串聯匹配的原理和選擇

2021-09-09 07:50:08 字數 1475 閱讀 8802

串,併聯終端匹配原理

1.併聯終端匹配的理論

出發點是在訊號源端阻抗很小的情況下,通過增加併聯電阻使負載端輸入阻抗與傳輸線的特徵阻抗相匹配,達到消除負載端反射的目的。實現形式分為單電阻和雙電阻兩種形式。

併聯終端匹配後的訊號傳輸具有以下特點:

a 驅動訊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;

負載端接受到的訊號幅度與源端傳送的訊號幅度近似相同。

在實際的電路系統中,晶元的輸入阻抗很高,因此對單電阻形式來說,負載端的併聯電阻值必須與傳輸線的特徵阻抗相近或相等。假定傳輸線的特徵阻抗為50ω,則r值為50ω。如果訊號的高電平為5v,則訊號的靜態電流將達到100ma。由於典型的ttl或cmos電路的驅動能力很小,這種單電阻的併聯匹配方式很少出現在這些電路中。

雙電阻形式的併聯匹配,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。這是因為兩電阻的併聯值與傳輸線的特徵阻抗相匹配,每個電阻都比傳輸線的特徵阻抗大。考慮到晶元的驅動能力,兩個電阻值的選擇必須遵循三個原則:

⑴. 兩電阻的併聯值與傳輸線的特徵阻抗相等;

⑵. 與電源連線的電阻值不能太小,以免訊號為低電平時驅動電流過大;

⑶. 與地連線的電阻值不能太小,以免訊號為高電平時驅動電流過大。

併聯終端匹配優點是簡單易行;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訊號的占空比緊密相關?;雙電阻方式則無論訊號是高電平還是低電平都有直流功耗。因而不適用於電池供電系統等對功耗要求高的系統。另外,單電阻方式由於驅動能力問題在一般的ttl、cmos系統中沒有應用,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,因此不適合用於高密度印刷電路板。

2.串聯終端匹配的理論

出發點是在訊號源端阻抗低於傳輸線特徵阻抗的條件下,在訊號的源端和傳輸線之間串接乙個電阻r,使源端的輸出阻抗與傳輸線的特徵阻抗相匹配,抑制從負載端反射回來的訊號發生再次反射.

串聯終端匹配後的訊號傳輸具有以下特點:

a   由於串聯匹配電阻的作用,驅動訊號傳播時以其幅度的50%向負載端傳播;

b 訊號在負載端的反射係數接近+1,因此反射訊號的幅度接近原始訊號幅度的50%。

c 反射訊號與源端傳播的訊號疊加,使負載端接受到的訊號與原始訊號的幅度近似相同;

d 負載端反射訊號向源端傳播,到達源端後被匹配電阻吸收;

e 反射訊號到達源端後,源端驅動電流降為0,直到下一次訊號傳輸。

相對併聯匹配來說,串聯匹配不要求訊號驅動器具有很大的電流驅動能力。

選擇串聯終端匹配電阻值的原則很簡單,就是要求匹配電阻值與驅動器的輸出阻抗之和與傳輸線的特徵阻抗相等。理想的訊號驅動器的輸出阻抗為零,實際的驅動器總是有比較小的輸出阻抗,而且在訊號的電平發生變化時,輸出阻抗可能不同。比如電源電壓為+4.5v的cmos驅動器,在低電平時典型的輸出阻抗為37ω,在高電平時典型的輸出阻抗為45ω。ttl驅動器和cmos驅動一樣,其輸出阻抗會隨訊號的電平大小變化而變化。因此,對ttl或cmos電路來說,不可能有十分正確的匹配電阻,只能折中考慮。

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