為什么信號傳輸線要線路阻抗匹配？怎么匹配較好？資料下載

按照傳輸線理論，當(dāng)負(fù)載與輸出不匹配時，信號的傳輸為非理想行波狀態(tài)（駐波或反射），會出現(xiàn)波形失真或衰減。阻抗匹配則傳輸功率大，對于一個電源來講，當(dāng)它的內(nèi)阻等于負(fù)載時，輸出功率最大，此時阻抗匹配。最大功率傳輸定理，如果是高頻的話，就是無反射波。對于普通的寬頻放大器，輸出阻抗50Q，功率傳輸電路中需要考慮阻抗匹配，可是如果信號波長遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電纜長度，即電纜長度可以忽略的話，就無須考惠阻抗匹配了。 阻抗匹配是指在能量傳輸時，要求負(fù)載阻抗要和傳輸線的特征阻抗相等，此時的傳輸不會產(chǎn)生反射，這表明所有能量都被負(fù)載吸收了；反之則在傳輸中有能量損失。 在高速的設(shè)計中，阻抗的匹配與否關(guān)系到信號質(zhì)量的優(yōu)劣。阻抗匹配的技術(shù)可以說豐富多樣，但是在具體的系統(tǒng)中怎樣才能比較合理地應(yīng)用，需要衡量多個方面的因素。例如，在系統(tǒng)設(shè)計中，很多采用的都是源端的串聯(lián)匹配。對于什么情況下需要匹配，采用什么方式的匹配，為什么采用這種方式，以下逐一分析。例如，差分的匹配多數(shù)采用串聯(lián)終端的匹配；時鐘采用并聯(lián)終端匹配。 1)串聯(lián)終端匹配串聯(lián)終端匹配的理論出發(fā)點是在信號源端阻抗低于傳輸線特征阻抗的條件下，在信號的源端和傳輸線之間串接一個電阻R，使源端的輸出阻抗與傳輸線的特征阻抗相匹配，抑制從負(fù)載端反射回來的信號發(fā)生再次反射。 串聯(lián)終端匹配后的信號傳輸具有以下特點： (1)由于串聯(lián)匹配電阻的作用，驅(qū)動信號傳播時以其幅度的50%向負(fù)載端傳播。 (2)信號在負(fù)載端的反射系數(shù)接近十1，因此反射信號的幅度接近原始信號幅度的50%。 (3)反射信號與源端傳播的信號疊加，使負(fù)載端接收到的信號與原始信號的幅度近似相同。 (4)負(fù)載端反射信號向源端傳播，到達(dá)源端后被匹配電阻吸收。 (5)反射信號到達(dá)源端后，源端驅(qū)動電流降為0，直到下一次信號傳輸。 相對并聯(lián)匹配來說，串聯(lián)匹配不要求信號驅(qū)動器具有很大的電流驅(qū)動能力。選擇串聯(lián)終端匹配電阻值的原則很簡單，就是要求匹配電阻值與驅(qū)動器的輸出阻抗之和與傳輸線的特征阻抗相等。理想的信號驅(qū)動器的輸出阻抗為零，實際的驅(qū)動器總是有比較小的輸出阻抗，而且在信號的電平發(fā)生變化時，輸出阻抗可能不同。比如電源電壓為+4.5V的CMOS驅(qū)動器，在低電平時典型的輸出阻抗為37Q，在高電平時典型的輸出阻抗為45Q；TTL駔動器和CMOS驅(qū)動器一樣，其輸出阻抗會隨信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。 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(fù)載端輸入阻抗與傳輸線的特征阻抗相匹配，達(dá)到消除負(fù)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。2 并聯(lián)終端匹配后的信號傳輸具有以下特點： (1)驅(qū)動信號近似以滿幅度沿傳輸線傳播。 (2)所有的反射都被匹配電阻吸收。 (3)負(fù)載端接收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，芯片的輸入阻抗很高，因此對單電阻形式來說，負(fù)載端的并聯(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50Q，則R值為50Q。如果信號的高電平為5V，則信號的靜態(tài)電流將達(dá)到100mA。由于典型的TTL或CMOS電路的驅(qū)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，也被稱為戴維南終端匹配，要求的電流驅(qū)動能力比單電阻形式小。這是因為兩電阻的并聯(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(qū)動能力，丙個電阻值的選擇必須遵循三個原則： (1)兩電阻的并聯(lián)值與傳輸線的特征阻抗相等。 (2)與電源連接的電阻值不能太小，以免信號為低電平時驅(qū)動電流過大。 (3)與地連接的電阻值不能太小，以免信號為高電平時驅(qū)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(guān)；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(qū)動能力問題在一般的TTL、CMOS系統(tǒng)中沒有應(yīng)用，而雙電阻方式需要兩個元件，這就對PCB板的面積提出了要求，因此不適合用于高密度印制電路板。 (mbbeetchina)