總線匹配電阻

1、關(guān)于時(shí)鐘線/數(shù)據(jù)線/地址線上串聯(lián)電阻其作用1、概括：高速信號(hào)線中才考慮使用這樣的電阻。在低頻情況下，一般是直接連接。這個(gè)電阻有兩個(gè)作用，第一是阻抗匹配。因?yàn)樾盘?hào)源的阻抗很低，跟信號(hào)線之間阻抗不匹配(關(guān)于阻抗匹配，請(qǐng)看詳述)，串上一個(gè)電阻后，可改善匹配情況，以減少反射，避免振蕩等。第二是可以減少信號(hào)邊沿的陡峭程度，從而減少高頻噪聲以及過沖等。因?yàn)榇?lián)的電阻，跟信號(hào)線的分布電容以及負(fù)載的輸入電容等形成一個(gè)RC電路，這樣就會(huì)降低信號(hào)邊沿的陡峭程度。大家知道，如果一個(gè)信號(hào)的邊沿非常陡峭，含有大量的高頻成分，將會(huì)輻射干擾，另外，也容易產(chǎn)生過沖。2、詳述(阻抗匹配)阻抗匹配是指信號(hào)源或者傳輸線跟負(fù)載之間的

2、一種合適的搭配方式。阻抗匹配分為低頻和高頻兩種情況討論。我們先從直流電壓源驅(qū)動(dòng)一個(gè)負(fù)載入手。由于實(shí)際的電壓源，總是有內(nèi)阻的(請(qǐng)參看輸出阻抗一問)，我們可以把一個(gè)實(shí)際電壓源，等效成一個(gè)理想的電壓源跟一個(gè)電阻r串聯(lián)的模型。假設(shè)負(fù)載電阻為R,電源電動(dòng)勢為U,內(nèi)阻為r,那么我們可以計(jì)算出流過電阻R的電流為：I=U/(R+r),可以看出，負(fù)載電阻R越小，則輸出電流越大。負(fù)載R上的電壓為：Uo=IR=U/1+(r/R)，可以看出，負(fù)載電阻R越大，則輸出電壓Uo越高。再來計(jì)算一下電阻R消耗的功率為：P=I2XR=U/(R+r)2R=U2XR/(R2+2XRXr+r2)=U2XR/(R-r)2+4RXr=U2

3、/(R-r)2/R+4rX對(duì)于一個(gè)給定的信號(hào)源，其內(nèi)阻r是固定的，而負(fù)載電阻R則是由我們來選擇的。注意式中(R-r)2/R,當(dāng)R=r時(shí)，(R-r)2/R可取得最小值0,這時(shí)負(fù)載電阻R上可獲得最大輸出功率Pmax=U2/(4xr)。即，當(dāng)負(fù)載電阻跟信號(hào)源內(nèi)阻相等時(shí)，負(fù)載可獲得最大輸出功率，這就是我們常說的阻抗匹配之一。對(duì)于純電阻電路，此結(jié)論同樣適用于低頻電路及高頻電路。當(dāng)交流電路中含有容性或感性阻抗時(shí)，結(jié)論有所改變，就是需要信號(hào)源與負(fù)載阻抗的的實(shí)部相等，虛部互為相反數(shù)，這叫做共扼匹配。在低頻電路中，我們一般不考來說很長，傳慮傳輸線的匹配問題，只考慮信號(hào)源跟負(fù)載之間的情況，因?yàn)榈皖l信號(hào)的波長相對(duì)于

4、傳輸線輸線可以看成是短線”，反射可以不考慮（可以這么理解：因?yàn)榫€短，即使反射回來，跟原信號(hào)還是一樣的）。從以上分析我們可以得出結(jié)論：如果我們需要輸出電流大，則選擇小的負(fù)載R;如果我們需要輸出電壓大，則選擇大的負(fù)載R;如果我們需要輸出功率最大，則選擇跟信號(hào)源內(nèi)阻匹配的電阻Ro有時(shí)阻抗不匹配還有另外一層意思，例如一些儀器輸出端是在特定的負(fù)載條件下設(shè)計(jì)的，如果負(fù)載條件改變了，則可能達(dá)不到原來的性能，這時(shí)我們也會(huì)叫做阻抗失配。在高頻電路中，我們還必須考慮反射的問題。當(dāng)信號(hào)的頻率很高時(shí)，則信號(hào)的波長就很短，當(dāng)波長短得跟傳輸線長度可以比擬時(shí)，反射信號(hào)疊加在原信號(hào)上將會(huì)改變?cè)盘?hào)的形狀。如果傳輸線的特征阻抗

5、跟負(fù)載阻抗不相等（即不匹配）時(shí)，在負(fù)載端就會(huì)產(chǎn)生反射。為什么阻抗不匹配時(shí)會(huì)產(chǎn)生反射以及特征阻抗的求解方法，牽涉到二階偏微分方程的求解，在這里我們不細(xì)說了，有興趣的可參看電磁場與微波方面書籍中的傳輸線理論。傳輸線的特征阻抗（也叫做特性阻抗）是由傳輸線的結(jié)構(gòu)以及材料決定的，而與傳輸線的長度，以及信號(hào)的幅度、頻率等均無關(guān)。例如，常用的閉路電視同軸電纜特性阻抗為75Q,而一些射頻設(shè)備上則常用特征阻抗為50Q的同軸電纜。另外還有一種常見的傳輸線是特性阻抗為300Q的扁平平行線，這在農(nóng)村使用的電視天線架上比較常見，用來做八木天線的饋線。因?yàn)殡娨暀C(jī)的射頻輸入端輸入阻抗為75Q,所以300Q的饋線將與其不能匹

6、配。實(shí)際中是如何解決這個(gè)問題的呢？不知道大家有沒有留意到，電視機(jī)的附件中，有一個(gè)300Q到75Q的阻抗轉(zhuǎn)換器（一個(gè)塑料封裝的，一端有一個(gè)圓形的插頭的那個(gè)東東，大概有兩個(gè)大拇指那么大）。它里面其實(shí)就是一個(gè)傳輸線變壓器，將300Q的阻抗，變換成75Q的，這樣就可以匹配起來了。這里需要強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)的是，特性阻抗跟我們通常理解的電阻不是一個(gè)概念，它與傳輸線的長度無關(guān)，也不能通過使用歐姆表來測量。為了不產(chǎn)生反射，負(fù)載阻抗跟傳輸線的特征阻抗應(yīng)該相等，這就是傳輸線的阻抗匹配。如果阻抗不匹配會(huì)有什么不良后果呢？如果不匹配，則會(huì)形成反射，能量傳遞不過去，降低效率；會(huì)在傳輸線上形成駐波（簡單的理解，就是有些地方信號(hào)強(qiáng)

7、，有些地方信號(hào)弱），導(dǎo)致傳輸線的有效功率容量降低；功率發(fā)射不出去，甚至?xí)p壞發(fā)射設(shè)備。如果是電路板上的高速信號(hào)線與負(fù)載阻抗不匹配時(shí)，會(huì)產(chǎn)生震蕩，輻射干擾等。當(dāng)阻抗不匹配時(shí)，有哪些辦法讓它匹配呢？第一，可以考慮使用變壓器來做阻抗轉(zhuǎn)換，就像上面所說的電視機(jī)中的那個(gè)例子那樣。第二，可以考慮使用串聯(lián)/并聯(lián)電容或電感的辦法，這在調(diào)試射頻電路時(shí)常使用第三，可以考慮使用串聯(lián)/并聯(lián)電阻的辦法。一些驅(qū)動(dòng)器的阻抗比較低，可以串聯(lián)一個(gè)合適的電阻來跟傳輸線匹配，例如高速信號(hào)線，有時(shí)會(huì)串聯(lián)一個(gè)幾十歐的電阻。而一些接收器的輸入阻抗則比較高，可以使用并聯(lián)電阻的方法，來跟傳輸線匹配，例如，485總線接收器，常在數(shù)據(jù)線終端并聯(lián)

8、120歐的匹配電阻。選用四層板不僅是電源和地的問題，高速數(shù)字電路對(duì)走線的阻抗有要求，二層板不好控制阻抗33歐電阻一般端，也是起阻抗匹配作用的；布線時(shí)要先布數(shù)據(jù)地址線，和需要保證的高速線。在高頻的時(shí)候，PCB板上的走線都要看成傳輸線傳輸線有其特征阻抗，學(xué)過傳輸線理論的都知道，當(dāng)傳輸線阻抗突變（不匹配）時(shí)，信號(hào)通過就會(huì)發(fā)生反射，反射對(duì)原信號(hào)造成干擾，嚴(yán)重時(shí)就會(huì)影響電路的正常工作。采用4層板時(shí)，通常外層走信號(hào)線，中間兩層分別為電源和地平面，這樣一方面隔離了兩個(gè)信號(hào)層，更重要的是外層的走線近的平面形成稱為微帶"（microstrip）的傳輸線，它的阻抗比較固定，而且可以計(jì)算對(duì)于兩層板就比較難

9、以做到這種傳輸線阻抗主要于走線的寬度、到參考平面的距離、敷銅的厚度以及介電材料的特性有關(guān)，有許多現(xiàn)成的可供計(jì)算。33歐電阻通常串連放在驅(qū)動(dòng)的一端（其實(shí)不一定33歐，從幾歐到五、六十歐都有，視電路具體情況），其作用的輸出阻抗串連后與走線的阻抗匹配，使反射回來（假設(shè)解收端阻抗沒有匹配）的信號(hào)不會(huì)再次反射回去（吸收端的信號(hào)就不會(huì)受到影響接收端也可以作匹配，例如采用電阻并聯(lián)，但在數(shù)字系統(tǒng)比較少用，因?yàn)楸容^麻，而且很多時(shí)候是一發(fā)多收，如地址總線，不如源端匹配易做。這里所說的高頻，不一定是時(shí)鐘頻率很高的電路，是不是高頻不止看頻率，更重要是看信號(hào)的上升下降時(shí)間上升（或下降）時(shí)間估計(jì)電路的頻率，一般取上升時(shí)間倒數(shù)的一半，比如如果上升時(shí)間是1ns,那么它的倒數(shù)也就是說在設(shè)計(jì)電路是要按500MHz的頻帶來考慮有時(shí)候要故意減慢邊緣時(shí)間，許多高速IC其驅(qū)動(dòng)器的輸出斜率是可調(diào)的。經(jīng)常看到時(shí)鐘線/數(shù)據(jù)線/地址線上串聯(lián)一個(gè)小電阻有什么作用?這個(gè)電阻有兩個(gè)作用，第一是阻抗匹配。因?yàn)樾盘?hào)源的阻抗很低，跟信號(hào)線之間阻抗不匹配（關(guān)于阻抗匹配，請(qǐng)參看“如何理解阻抗匹配一問“第二是可以減少信號(hào)邊沿的陡峭