你知道PCB走線做阻抗匹配嗎?在高速PCB設(shè)計(jì)中,阻抗的匹配與否關(guān)系到信號(hào)的質(zhì)量優(yōu)劣。阻抗匹配是指在能量傳輸時(shí),要求負(fù)載阻抗要和傳輸線的特征阻抗相等,此時(shí)的傳輸不會(huì)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。下面我們一起了解下PCB設(shè)計(jì)時(shí),何時(shí)PCB走線需要做阻抗匹配?
1 PCB走線什么時(shí)候需要做阻抗匹配?
不主要看頻率,而關(guān)鍵是看信號(hào)的邊沿陡峭程度,即信號(hào)的上升/下降時(shí)間,一般認(rèn)為如果信號(hào)的上升/下降時(shí)間(按10%~90%計(jì))小于6倍導(dǎo)線延時(shí),就是高速信號(hào),必須注意阻抗匹配的問題。導(dǎo)線延時(shí)一般取值為150ps/inch。
2 特征阻抗
信號(hào)沿傳輸線傳播過程當(dāng)中,如果傳輸線上各處具有一致的信號(hào)傳播速度,并且單位長度上的電容也一樣,那么信號(hào)在傳播過程中總是看到完全一致的瞬間阻抗。由于在整個(gè)傳輸線上阻抗維持恒定不變,我們給出一個(gè)特定的名稱,來表示特定的傳輸線的這種特征或者是特性,稱之為該傳輸線的特征阻抗。特征阻抗是指信號(hào)沿傳輸線傳播時(shí),信號(hào)看到的瞬間阻抗的值。
特征阻抗與PCB導(dǎo)線所在的板層、PCB所用的材質(zhì)(介電常數(shù))、走線寬度、導(dǎo)線與平面的距離等因素有關(guān),與走線長度無關(guān)。特征阻抗可以使用軟件計(jì)算。高速PCB布線中,一般把數(shù)字信號(hào)的走線阻抗設(shè)計(jì)為50歐姆,這是個(gè)大約的數(shù)字。一般規(guī)定同軸電纜基帶50歐姆,頻帶75歐姆,對(duì)絞線(差分)為100歐姆。學(xué)習(xí)PCB 找凡億教育 高質(zhì)量PCB培訓(xùn)
3 常見阻抗匹配的方式
1)串聯(lián)終端匹配在信號(hào)源端阻抗低于傳輸線特征阻抗的條件下,在信號(hào)的源端和傳輸線之間串接一個(gè)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(hào)發(fā)生再次反射。匹配電阻選擇原則:匹配電阻值與驅(qū)動(dòng)器的輸出阻抗之和等于傳輸線的特征阻抗。常見的CMOS和TTL驅(qū)動(dòng)器,其輸出阻抗會(huì)隨信號(hào)的電平大小變化而變化。
因此,對(duì)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。鏈狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的信號(hào)網(wǎng)路不適合使用串聯(lián)終端匹配,所有的負(fù)載必須接到傳輸線的末端。串聯(lián)匹配是最常用的終端匹配方法。它的優(yōu)點(diǎn)是功耗小,不會(huì)給驅(qū)動(dòng)器帶來額外的直流負(fù)載,也不會(huì)在信號(hào)和地之間引入額外的阻抗,而且只需要一個(gè)電阻元件。常見應(yīng)用:一般的CMOS、TTL電路的阻抗匹配。USB信號(hào)也采樣這種方法做阻抗匹配。
2)并聯(lián)終端匹配在信號(hào)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(shí)現(xiàn)形式分為單電阻和雙電阻兩種形式。匹配電阻選擇原則:在芯片的輸入阻抗很高的情況下,對(duì)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;對(duì)雙電阻形式來說,每個(gè)并聯(lián)電阻值為傳輸線特征阻抗的兩倍。并聯(lián)終端匹配優(yōu)點(diǎn)是簡單易行,顯而易見的缺點(diǎn)是會(huì)帶來直流功耗:單電阻方式的直流功耗與信號(hào)的占空比緊密相關(guān);雙電阻方式則無論信號(hào)是高電平還是低電平都有直流功耗,但電流比單電阻方式少一半。
4 常見應(yīng)用:以高速信號(hào)應(yīng)用較多
1)DDR、DDR2等SSTL驅(qū)動(dòng)器。采用單電阻形式,并聯(lián)到VTT(一般為IOVDD的一半)。其中DDR2數(shù)據(jù)信號(hào)的并聯(lián)匹配電阻是內(nèi)置在芯片中的。2)TMDS等高速串行數(shù)據(jù)接口。采用單電阻形式,在接收設(shè)備端并聯(lián)到IOVDD,單端阻抗為50歐姆(差分對(duì)間為100歐姆)。以上就是PCB走線做阻抗匹配,希望能給大家?guī)椭?