经过前面章节内容的介绍,我们知道源端匹配的整个传播过程是比较复杂的,信号幅度先减半,然后再经过反射翻倍。那么有没有更简单一点的匹配方式呢?
有的,那就是终端匹配。初一想感觉好像用的不多,其实也用的不少,比如DDR总线的地址命令总线的匹配,RS485总线的匹配等。
接下来,我们详细看下终端匹配的工作原理以及它的优缺点。
终端匹配
终端匹配目的是减小终端反射,使得:R2(ω)为0,那么我们可以得到终端匹配传输函数为:
此时信号在终端被完全吸收,不会反射回到源端。
从该点来看,这是个非常好的匹配方法,那如何能实现终端匹配呢( R2(ω) = 0)?
根据终端反射公式:R2(ω) = [ZL(ω)-Z0(ω)]/[ ZL(ω)-+Z0(ω)],只要求ZL = Z0,就能使R2(ω) = 0。
此时信号在第一次传输到终端后,就会被终结掉,不会被反射回到源端。
1,终端并联匹配
并联匹配如下图所示有如下特点:
1. 假设源端输出阻抗很小(Zs≈0,A(ω)≈1),那么在传输线上是全幅值传播的。
源端串联匹配的第一次传输是半幅值,但若Zs很小时,第一次传输的信号基本上不会被分压,那么信号就是全幅值。
2. 所有反射波形在终端被完美匹配时,信号会被并联匹配电阻所抑制(R1=Z0),而不会产生反射。
3. 此时我们在接收端的电压 = 发送端电压,两者信号相比,理想情况下(无损传输线)只有传输线延时。
如上图所示,接收端管脚等效成寄生电容C,那么电路的时间常数RCtime = (Z0 | R1)*C = (Z0/2)* C,计算RC滤波上升时间(10%-90%)公式:Tterm = 2.2*(Z0/2)*C = 1.1*Z0*C。
假设信号发出原上升沿时间为:T1,那么B点(芯片管脚内部)的实际上升延(10%-90%)时间:TB= √(T²term+T²1)。
并联电阻匹配的充放电时间,是源端匹配的一半,说明边沿时间比源端匹配快,但并不能快一倍。
通过对上述的终端匹配方式分析,终端并联匹配的信号传输模型更简单:
1,传输线上所有位置的信号相等(不会出现半高电平)。
2,传输线充电常数比源端匹配小一半。
这简直就是完美的匹配拓扑,但我们在实际应用中,为什么是使用源端匹配更多呢?
让我们来做一道简单的小学算术题:假设输出LVTTL电平(3.3V),传输线阻抗为50ohm,所以需要在终端匹配:50ohm电阻至GND;那么在输出3.3V高电平时,在50ohm终端匹配电阻上流过的电流是:3.3V/50 = 66mA。那么计算终端匹配电阻上消耗功率P = U*I = 3.3 *0.066= 0.22W。
这会导致如下3个问题:
1. 66mA电流对于一般TTL/CMOS器件的管脚来说太大了,对器件来说负载太大。
2. 如果选用陶瓷贴片电阻作为终端匹配电阻,至少需要1206(额定功耗0.25W)以上封装。
3. 一根信号线的匹配电路消耗0.22W,那么100个信号线匹配就要会消耗22W的损耗。
这么一算,发现终端并联匹配的方式,好像也不那么香了。
2,终端戴维南匹配
这么好的匹配拓扑,实在弃之可惜。所以我们一般会采用改进版本:戴维南匹配(分离式端接匹配),如下图所示; R1和R2电阻比值控制着高低电平驱动电流的相对比例,而且R1和R2电阻值的选择,有三个约束条件:
1. R1和R2并联阻值要等于Z0。
2. 输出电流不能大于Iohmax(最大高电平输出电流)。
3. 输出电流不能大于Iolmax(最大低电平输出电流)。
举个栗子:我们常见的DDR的ADDR/CMD线匹配,是戴维南终端匹配;可以从VDDQ电源电压分压终端端接,也可以通过VTT电源电压直接端接到ADDR/CMD上。
欢迎“点赞”“关注”“在看”,谢谢~