阻抗匹配是指在能量傳輸過程中,負載阻抗應等於傳輸線的特性阻抗的要求, 使透射不產生反射, 表明所有能量都被負載吸收. 否則, 能量在傳輸過程中損失. 高速行駛時 PCB設計, 阻抗匹配與訊號質量有關.
1.PCB佈線何時需要阻抗匹配?
一般認為,如果訊號的上升/下降時間(10%-90%)小於6倍導線延遲,則它是高速訊號,必須注意阻抗匹配問題。 通常,導線的延遲為150ps/in。
2、特性阻抗
當訊號沿著傳輸線傳輸時,如果訊號在整個線路中具有相同的訊號速度,並且每組織長度具有相同的電容,則訊號始終會看到完全相同的瞬態阻抗。 由於阻抗在整個傳輸線中保持不變,我們為該特性或特定傳輸線的特性指定了一個特定名稱,稱為傳輸線的特性阻抗。 特性阻抗是訊號沿傳輸線傳輸時看到的暫態阻抗值。 特性阻抗與PCB導體層、PCB資料(介電常數)、佈線寬度、導體與平面之間的距離和其他因素有關,與佈線長度無關。 可以使用軟件計算特性阻抗。 在高速PCB佈線中,數位信號的佈線阻抗通常設計為50歐姆,這是一個近似值。 通常規定同軸電纜基帶為50歐姆,頻帶為75歐姆,雙絞線(差)為100歐姆。 學PCB找範易教育高品質PCB培訓
3、共阻抗匹配模式
1)串聯端子匹配在訊號的源阻抗低於傳輸線的特性阻抗的情况下,在訊號的源端和傳輸線之間串聯電阻R, 囙此,源端的輸出阻抗與傳輸線的特性阻抗匹配,並抑制從負載端反射回來的訊號再次反射。 匹配電阻選擇原則:匹配電阻值和驅動器的輸出阻抗之和等於傳輸線的特性阻抗。 常見的CMOS和TTL驅動器,其輸出阻抗隨信號電平而變化。 囙此,對於TTL或CMOS電路,不可能有非常正確的匹配電阻,只能折衷。 訊號網絡的鏈式拓撲結構不適合串聯終端匹配,所有負載必須連接到傳輸線的末端。 串聯匹配是一種常見的終端匹配方法。 它的優點是功耗低,驅動器上沒有額外的直流負載,訊號和接地之間沒有額外的阻抗,並且只需要一個電阻元件。 常見應用:CMOS和TTL電路的阻抗匹配。 USB訊號也以這種管道採樣以進行阻抗匹配。
2)並聯端子匹配當訊號的源阻抗很小時,通過新增並聯電阻將負載端的輸入阻抗與傳輸線的特性阻抗匹配,以消除負載端的反射。 實現形式分為單電阻和雙電阻兩種形式。 匹配電阻選擇原則:在晶片輸入阻抗高的情况下,對於單電阻的形式,負載端的並聯電阻值必須接近或等於傳輸線的特性阻抗; 對於雙電阻形式,每個並聯電阻值是傳輸線特性阻抗的兩倍。 並聯終端匹配的優點是簡單易行,但明顯的缺點是會帶來直流功耗:單電阻模式的直流功耗與訊號的占空比密切相關; 無論訊號處於高電平還是低電平,雙電阻模式都具有直流功耗,但電流比單電阻模式小一半。
4、常見應用:廣泛使用高速訊號
1)DDR、DDR2和其他SSTL驅動程序。 以單個電阻器的形式,與VTT並聯(通常為IOVDD的一半)。 該晶片內寘了DDR2數據訊號的並行匹配電阻。
2)高速串列資料介面,如TMD。 以單電阻的形式,接收設備並聯到IOVDD,單端阻抗為50歐姆(差分對之間為100歐姆)。