阻抗匹配与差分线设计PPT课件
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阻抗匹配示例ppt课件
电流为每步时间间隔从脚底流出注入到每个电容上的电量：电容乘以其两端的电压；
每步之间的时间间隔，等于单位步长除以信号的速度。电流的求解公式如下：
I
Q t
CV x
CLxvV x
CLvV
v
其中：I 表示信号电流；Q 表示每步的电量；C 表示每步的电容；t 表示从一个电容跨到另一个
电容的时间；CL 为单位长度的电容量；x 表示步长；v 表示信号的速度；V 表示信号的电压。
2-4GHz
阻抗失配的示例
1. 振铃效应
2. 功率损耗
输出端功率较输入端有较大的损耗
传输线及传输线理论
当信号的波长可于分立电路元件的几何尺寸相比拟时，电压和电流不再保持空间 不变，必须把它们看做传输的波。信号采用传输线理论进行分析。
常用的传输线：双线传输线，同轴线，微带线。
特征阻抗
电磁场理论：特征阻抗 在自由空间，向正z方向传播的平面电磁波可写成典型的正弦波的形式：
反弹图
源端阻抗匹配
源端串联40欧电阻，源端和终端的电压图
阻抗匹配方法
Smith图
等电阻圆，等电抗圆 等电导圆，等电纳圆
阻抗变换方法： 串联：使用阻抗圆 并联：使用安导圆
阻抗匹配Байду номын сангаас法
双元件：L形匹配
三元件：T形/ 形匹配
阻抗匹配方法
使用ADS软件进行阻抗匹配
ADS软件简介：ADS电子设计自动化（EDA软件全称为 Advanced Design System，是美国
进入传输线的初始电压为：1V×50/(10+50)=0.84V。 1ns后，0.84V的电压到达传输线末端，产生0.84V反射信号返回端。终端电压为1.68V； 再经过1ns后，0.84V反射波到达源端，又一次遇到阻抗突变，源端的反射系数为(10-50)/(10+50) = -0.67， 这时将有0.84V×(-0.67)=-0.56V反射回线远端。线远端开路处将同时测得4个行波：从一次行波中得到 2×0.84=1.68V，从二次反射中得到2×(-0.56)=-1.12V，故总电压为0.56V。
can收发器差分线阻抗匹配电容
一、概述在今天高速通信和数据传输的应用中，我们经常会遇到差分信号线的设计和匹配问题。
差分信号线通常用于减少信号传输中的串扰和噪声，而差分线阻抗匹配电容则是差分信号线设计中不可或缺的一部分。
二、差分信号线的基本原理1.差分信号线的概念差分信号线是指一对相互互补的信号线，它们传输的信号是两个相互互补的信号，通过差分放大器来放大信号。
差分信号线通常用于抵消传输线中的共模干扰，从而提高信号的抗干扰能力和传输质量。
2.差分线的优势相对于单端信号线，差分信号线有以下几个优势：• 抑制共模干扰：差分信号线可以更好地抵消传输线中的共模干扰，提高信号的抗干扰能力。
• 提高传输速率：差分信号线可以提高数据传输的速率和稳定性，适用于高速通信和数据传输的应用。
• 减少信号失真：差分信号线可以减少信号传输过程中的失真和幅度衰减，提高信号的传输质量。
三、差分信号线的阻抗匹配问题1.差分线的阻抗匹配在设计差分信号线时，为了确保信号的稳定传输，需要对差分线进行阻抗匹配。
差分信号线的阻抗匹配通常需要考虑线路特性阻抗、信号源阻抗和负载阻抗等因素，以确保信号的匹配和稳定传输。
2.差分线阻抗匹配电容的作用• 降低阻抗不匹配引起的信号波形失真；• 提高差分信号线的传输效率和稳定性；• 减少传输线上的噪声和串扰；• 提高信号传输的高频响应能力。
四、差分线阻抗匹配电容的设计原则1.选用合适的匹配电容在差分线的设计中，需根据差分信号线的特性和要求，选用合适的匹配电容。
一般来说，匹配电容的选取需考虑以下几个因素：• 差分线的特性阻抗和长度；• 传输线上的信号频率和带宽；• 差分信号线的工作环境和应用场景等。
2.注意差分线的布局和连接在设计差分线的过程中，需要注意差分信号线的布局和连接方式，确保信号线的匹配和稳定传输。
差分线的布局应避免干扰源和干扰物的影响，连接方式应简单可靠。
3.进行精确的阻抗匹配计算在差分线阻抗匹配电容的设计过程中，需要进行精确的阻抗匹配计算，确定匹配电容的数值。
微波技术传输线的阻抗匹配ppt课件
21
本章小结
1. 微波传输线是一维分布参数电路。传输线可用于 传输微波信号能量及构成各种微波元器件。
2. 传输线方程可由传输线的等效电路导出，它是传
输线理论中的基本方程。
均匀无耗传输线方程：
d
2U( dz 2
z)
2
U(
z)
0
d
2
I( z
)
dz2
2
I(z)
0
其通解为(以终端为坐标原点)：
U(z)
(5)阻抗匹配可提高传输线的功率容量(
Pbr
1 2
Ubr Z0
2
K
)。
1
2. 阻抗匹配问题
1). 共轭匹配
目的：使信号源的功率输出最大。
条件：
Zin
Z
* g
( Rin Rg , Xin X g )
满足共轭匹配条件的信号源输出的最大功率为:
2
Pmax
Eg
Rin
2
Zg Zin
2
Eg
4Rg
2
`.
10
2. 支节调配器
支节调配器是在距终端负载的某一处并联或串联短
路或开路支节。有单支节、双支节或多支节匹配器，常
用并联调配支节。 1). 单支节匹配器 并联单支节匹配器是在距
Y~in
d
~ Y~0
Y~2 Y~1 Y~0
Y~L
负载 d 处并联长度为 l 的短路
Y~0
支节，利用调节 d 和 l 来实现
线、带状线等传输
线十分不便，解决
的办法是采用双支
节匹配器。
~l ~l
~l~E lF
0.25 0.25
~ lF B~ F
本章小结
1. 微波传输线是一维分布参数电路。传输线可用于 传输微波信号能量及构成各种微波元器件。
2. 传输线方程可由传输线的等效电路导出，它是传
输线理论中的基本方程。
均匀无耗传输线方程：
d
2U( dz 2
z)
2
U(
z)
0
d
2
I( z
)
dz2
2
I(z)
0
其通解为(以终端为坐标原点)：
U(z)
(5)阻抗匹配可提高传输线的功率容量(
Pbr
1 2
Ubr Z0
2
K
)。
1
2. 阻抗匹配问题
1). 共轭匹配
目的：使信号源的功率输出最大。
条件：
Zin
Z
* g
( Rin Rg , Xin X g )
满足共轭匹配条件的信号源输出的最大功率为:
2
Pmax
Eg
Rin
2
Zg Zin
2
Eg
4Rg
2
`.
10
2. 支节调配器
支节调配器是在距终端负载的某一处并联或串联短
路或开路支节。有单支节、双支节或多支节匹配器，常
用并联调配支节。 1). 单支节匹配器 并联单支节匹配器是在距
Y~in
d
~ Y~0
Y~2 Y~1 Y~0
Y~L
负载 d 处并联长度为 l 的短路
Y~0
支节，利用调节 d 和 l 来实现
线、带状线等传输
线十分不便，解决
的办法是采用双支
节匹配器。
~l ~l
~l~E lF
0.25 0.25
~ lF B~ F
第六节传输线的阻抗匹配课件
传输线的参数
01
02
03
特性阻抗
传输线上的电压与电流之 比，是传输线的重要参数 。
电容和电感
传输线上的分布电容和分 布电感会影响信号的传输 。
传播速度
信号在传输线上的传播速 度与介质的介电常数有关 。
传输线的应用场景
通信系统
传输线在通信系统中用于 信号的传输，如电话线、 同轴电缆等。
测量仪器
传输线用于测量设备的信 号传输，如示波器、频谱 分析仪等。
通过改变传输线的长度，实现阻抗匹配。
选择合适的传输线类型
根据信号频率和传输距离的要求，选择合适的传输线类型，如同轴 线、双绞线等。
使用阻抗匹配网络
在传输线两端添加阻抗匹配网络，以实现信号的完整传输。
优化阻抗匹配的实例分析
50欧姆系统
在50欧姆系统中，通常采用特性阻抗为50欧姆的传输线进行 阻抗匹配。
微带线设计
在微带线设计中，通过精确计算线宽和间距，实现阻抗匹配 ，提高信号传输质量。
05
CATALOGUE
阻抗匹配的测试与验证
测试设备与测试方法
信号发生器
用于产生测试所需的信 号，具有稳定的频率和
幅度输出。
功率放大器
用于放大信号源输出的 信号，提高测试信号的
功率。
阻抗匹配测试仪
用于测量传输线的阻抗 ，判断是否与负载阻抗
电子设备
传输线用于电子设备内部 各部分之间的信号传输， 如电脑、手机等。
03
CATALOGUE
阻抗匹配的实现方法
通过变换元件实现阻抗匹配
电阻变换
电感变换
通过串联或并联电阻，改变传输线的 阻抗，实现阻抗匹配。
通过串联或并联电感，改变传输线的 阻抗，实现阻抗匹配。
阻抗匹配基本原理及设计方法
阻抗匹配基本原理及设计方法PCB上传输线的电子模型示意图阻抗匹配（Impedance matching）是微波电子学里的一部分，主要用于传输线上，来达至所有高频的微波信号皆能传至负载点的目的，几乎不会有信号反射回来源点，从而提升能源效益。
阻抗匹配有两种，一种是透过改变阻抗力（lumped-circuit matching），另一种则是调整传输线的波长（transmission line matching）。
要匹配一组线路，首先把负载点的阻抗值，除以传输线的特性阻抗值来归一化，然后把数值划在史密斯图上。
改变阻抗力把电容或电感与负载串联起来，即可增加或减少负载的阻抗值，在图表上的点会沿着代表实数电阻的圆圈走动。
如果把电容或电感接地，首先图表上的点会以图中心旋转180度，然后才沿电阻圈走动，再沿中心旋转180度。
重复以上方法直至电阻值变成1，即可直接把阻抗力变为零完成匹配。
阻抗匹配：简单的说就是“特性阻抗”等于“负载阻抗”。
调整传输线由负载点至来源点加长传输线，在图表上的圆点会沿着图中心以逆时针方向走动，直至走到电阻值为1的圆圈上，即可加电容或电感把阻抗力调整为零，完成匹配。
阻抗匹配则传输功率大，对于一个电源来讲，单它的内阻等于负载时，输出功率最大，此时阻抗匹配。
最大功率传输定理，如果是高频的话，就是无反射波。
对于普通的宽频放大器，输出阻抗50Ω，功率传输电路中需要考虑阻抗匹配，可是如果信号波长远远大于电缆长度，即缆长可以忽略的话，就无须考虑阻抗匹配了。
阻抗匹配是指在能量传输时，要求负载阻抗要和传输线的特征阻抗相等，此时的传输不会产生反射，这表明所有能量都被负载吸收了.反之则在传输中有能量损失。
高速PCB布线时，为了防止信号的反射，要求是线路的阻抗为50欧姆。
这是个大约的数字，一般规定基带50欧姆，频带75欧姆，对绞线则为100欧姆，只是取个整而已，为了匹配方便。
阻抗从字面上看就与电阻不一样，其中只有一个阻字是相同的，而另一个抗字呢？简单地说，阻抗就是电阻加电抗，所以才叫阻抗；周延一点地说，阻抗就是电阻、电容抗及电感抗在向量上的和。
微波技术传输线的阻抗匹配【精品PPT】31页PPT
Thank you
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
微波技术传输线的阻抗匹配【精品 PPT】
11、用道德的示范来造就一个人，显然比用法律来约束他更有价值。—— 希腊
12、法律是无私的，对谁都一视同仁。在每件事上，她都不徇私情。—— 托马斯
13、公正的法律限制不了好的自由，因为好人不会去做法律不允许的事 情。——弗劳德
14、法律是为了保—伯克
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
微波技术传输线的阻抗匹配【精品 PPT】
11、用道德的示范来造就一个人，显然比用法律来约束他更有价值。—— 希腊
12、法律是无私的，对谁都一视同仁。在每件事上，她都不徇私情。—— 托马斯
13、公正的法律限制不了好的自由，因为好人不会去做法律不允许的事 情。——弗劳德
14、法律是为了保—伯克
阻抗匹配与差分线设计PPT课件
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17
差分线的基本概念
差分对和差分阻抗
➢ 差分对
差分对是指一对存在耦合的传输线，每条线都可以用简单的单端 传输线。这两条线组合在一起就称为“一个差分对”。
图8 几种最常见的差分线对的截面图
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18
差分线的基本概念
➢ 差分阻抗
差分对最重要的电气特性是差分信号的阻抗，称为“差分阻抗”，即差分对
对差分信号的阻抗，是差分信号电压与其电流的比值。这个定义是计算差分阻抗
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9
阻抗匹配
戴维南终端匹配技术
戴维南终端匹配技术也叫做双终端匹配技术，它采用两个电阻R1 和 R2 来实现终端匹配。根据戴维南终端匹配设计规则，戴维南电压 VTH=VR2 必须确保驱动器的IOH 和IOL 电流在驱动器的性能指标范围以 内。R1 通过从VCC 向负载注入电流来帮助驱动器更容易到达逻辑高状态； R2 帮助通过向地吸收电流来将驱动器下拉到逻辑低状态。当R1 和R2 的 并联同信号线的特征阻抗Z0 匹配时可以加强驱动器的扇出能力。
图3 串联终端匹配 .
6
阻抗匹配
优点：串行连接终端匹配技术的优点是这种匹配技术仅仅为每一个驱动器 加入了一个电阻元件，因此相对于其它类型的电阻匹配技术来说匹配电阻 的功耗是最小的，它没有为驱动器增加任何额外的直流负载，并且也不会 在信号线与地之间引入额外的阻抗。
相对并联匹配来说，串联匹配不要求信号驱动器具有很大的电流驱动 能力。选择串联终端匹配电阻值的原则很简单，就是要求匹配电阻值与驱 动器的输出阻抗之和与传输线的特征阻抗相等。
缺点：是会带来直流功耗：单电阻方式的直流功耗与信号的占空比紧密相关？； 双电阻方式则无论信号是高电平还是低电平都有直流功耗。因而不适用于电池供 电系统等对功耗要求高的系统。另外，单电阻方式由于驱动能力问题在一般的TTL、 CMOS系统中没有应用，而双电阻方式 需要两个元件，这就对PCB的板面积提出 了要求，因此不适合用于高密度印刷电路板。
微波技术传输线的阻抗匹配【精品PPT】31页PPT
微波技术传输线的阻抗匹配【精品 PPT】
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
拉
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。不 容忽视 的。— —爱献 生
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
拉
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。不 容忽视 的。— —爱献 生
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
单端差分电路阻抗匹配
单端差分电路阻抗匹配1.引言1.1 概述概述单端差分电路是一种常见的电路结构，在信号传输和处理中起到重要的作用。
它通过将信号分为两个互补的部分来提高抗干扰性能，并减少共模干扰的影响。
与传统的单端电路相比，单端差分电路具有更好的抗干扰能力和信号传输质量。
本文将重点介绍单端差分电路阻抗匹配的问题。
阻抗匹配是指在电路设计中，通过调整电路元件的阻抗，使电路中的输入和输出端口之间阻抗相等或相近的过程。
阻抗不匹配会导致信号的反射和损耗，严重影响电路的性能和传输效果。
在单端差分电路中，阻抗匹配尤为重要。
因为差分信号需要同时在正负两条线上传输，而阻抗不匹配会导致信号在两个线路之间发生不均衡的分布，从而降低电路的性能。
阻抗匹配可以有效减少信号的反射和损耗，提高信号的传输质量和可靠性。
本文将介绍单端差分电路的基本原理，阐述阻抗匹配的重要性，并探讨实现阻抗匹配的方法。
同时，还将分析阻抗匹配对电路性能的影响，以及如何优化阻抗匹配以达到更好的性能。
通过深入了解单端差分电路阻抗匹配的原理和方法，读者可以更好地理解差分信号处理的重要性，并在实际电路设计中合理应用阻抗匹配技术，提高电路的性能和可靠性。
1.2文章结构文章结构：本文主要是对单端差分电路的阻抗匹配进行深入研究和讨论。
文章分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分包括概述、文章结构和目的。
首先，我们会对单端差分电路进行概述，介绍其基本原理和应用领域。
然后，我们会明确文章的结构，说明各个部分的内容和目的。
最后，我们会介绍本文的目的，即总结和归纳单端差分电路阻抗匹配的实现方法和对电路性能的影响。
正文部分主要包括两个方面的内容。
首先，我们会详细介绍单端差分电路的基本原理，包括其工作原理、特点和优势等。
其次，我们会重点讨论阻抗匹配在单端差分电路中的重要性，分析阻抗匹配对电路性能的影响。
我们将探讨阻抗匹配的原则、方法和技巧，以及匹配不良导致的问题和解决方案。
结论部分将对本文的研究内容进行总结和归纳。
[推选]阻抗匹配示例PPT文档
电容的时间；CL 为单位长度的电容量；x 表示步长；v 表示信号的速度；V 表示信号的电压。
传输线的瞬时阻抗为：
PCB常用微带线的瞬时阻抗：
V V 83
Z
I CLvV CL
r
其中：r 表示材料的介电常数
Z 83 CL
r
83 3.3
4 50
特征阻抗
一阶模型：特征阻抗
特征阻抗
使用基尔霍夫电压定律得出：
特征阻抗
电磁场理论：特征阻抗 在自由空间，向正z方向传播的平面电磁波可写成典型的正弦波的形式：
Ex E0x cos t z H y H0 y cos t z
电场分量和磁场分量的比值即为特征阻抗：
Ex Hy
Z0
0r 0r
377 r r
：磁导率 ：介电常数
特征阻抗
阻抗 = 电压/电流 零阶模型：传输线瞬时阻抗
R jwL I z z V z z V z
使用基尔霍夫电压定律得出：
I z V z zG jwC z I z z
Lim
z 0
V
z
z
z
V
z
dV z
dZ
R
jwL
I
z
Lim
z 0
I
z
z
z
I
z
dI z
dZ
G
jwC
V
z
按照电路特性，求解微分方程，得出特征阻抗 Z0
特征阻抗
在这个模型中，每个小电容的大小就是传输线单位长度的电容量与步长的乘积；
电流为每步时间间隔从脚底流出注入到每个电容上的电量：电容乘以其两端的电压；
每步之间的时间间隔，等于单位步长除以信号的速度。电流的求解公式如下：
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在低频电路中，我们一般不考虑传输线的匹配问题，只考虑信号源跟负载 之间的情况，因为低频信号的波长相对于传输线来说很长，传输线可以看 成是“短线”，反射可以不考虑。
.
4
阻抗匹配
阻抗匹配方式
在高速的设计中，阻抗的匹配与否关系到信号的质量优劣。阻抗匹配的技 术可以说是丰富多样，但是在具体的系统中怎样才能比较合理的应用，需 要衡量多个方面的因素。下面介绍几种常见匹配方式。
阻抗不匹配会有什么不良后果？
在高速的设计中，阻抗的匹配与否关系到信号的质量优劣如果不匹配，则 会形成反射，能量传递不过去，降低效率；会在传输线上形成驻波（简单 的理解，就是有些地方信号强，有些地方信号弱），导致传输线的有效功 率容量降低；功率发射不出去，甚至会损坏发射设备。如果是电路板上的 高速信号线与负载阻抗不匹配时，会产生震荡，辐射干扰等。
图3 串联终端匹配 .
6
阻抗匹配
优点：串行连接终端匹配技术的优点是这种匹配技术仅仅为每一个驱动器 加入了一个电阻元件，因此相对于其它类型的电阻匹配技术来说匹配电阻 的功耗是最小的，它没有为驱动器增加任何额外的直流负载，并且也不会 在信号线与地之间引入额外的阻抗。
相对并联匹配来说，串联匹配不要求信号驱动器具有很大的电流驱动 能力。选择串联终端匹配电阻值的原则很简单，就是要求匹配电阻值与驱 动器的输出阻抗之和与传输线的特征阻抗相等。
缺点：理想的信பைடு நூலகம்驱动器的输出阻抗为零，实际的驱动器总是有比较
小的输出阻抗，而且在信号的电平发生变化时，输出阻抗可能不同。比如
电源 电压为＋4.5V的CMOS驱动器，在低电平时典型的输出阻抗为37Ω，
在高电平时典型的输出阻抗为45Ω；TTL驱动器和CMOS驱动一样，其输
出阻抗会随信号的电平大小变化而变化。因此，对TTL或CMOS电路来说，
不可能有十分正确的匹配电阻，只能折中考虑。
.
7
阻抗匹配
并联终端匹配
并联终端匹配是最简单的阻抗匹配技术,通过一个电阻R将传输线的末 端（可能是开路，也可能是负载）接到地或者接到VCC 上。电阻R 的值必 须同传输线的特征阻抗Z0匹配，以消除信号的反射。如果R 同传输线的特 征阻抗Z0 匹配，那么匹配电阻将吸收造成信号反射的能量，而不管匹配 电压的值。在数字电路的设计中，返回通路上吸收的电流通常都大于电源 上提供的电流。将终端匹配到VCC 可以提高驱动器的能力，而将终端匹配 到地则可以提高地上的吸收能力。所以，对于50%占空比的信号而言，将 终端匹配到VCC 要优于将终端匹配到地。
在串行连接终端匹配技术中，由于信号会在传输线、串行连接匹配电阻以及驱动器的 阻抗之间实现信号电压的分配，因而加在传输线上的电压只有信号电压的一半。而在接收端， 由于传输线阻抗和接收器阻抗的不匹配，通常情况下接收器的输出阻抗更高，这会导致大约 同样幅度值信号的反射，这称之为附加的信号波形。故分配在负载端的信号电压大约是驱动 器输出信号电压的一半，再加上同样幅值的附加信号电压，使得接收器马上就会接收到完整 的信号电压。而附加的信号电压会反向传递到驱动端，但是串行连接的匹配电阻在接收器端 实现了反射信号的终端匹配，因而不会出现进一步的信号反射，从而保证了传输线上信号的 完整性。
阻抗匹配与差分线设计
阻抗匹配 差分线设计
➢ 差分线的基本概念 ➢ 差分信号的阻抗分析与计算 ➢ 差分信号设计中存在的问题及其解决方案
.
1
阻抗匹配
阻抗的定义
传输线的特性阻抗是微分线段的特性阻抗。 特性阻抗跟我们通常理解的电阻不是一个概念，它与传输线的长度无 关，也不能通过使用欧姆表来测量。 一个传输线的微分线段可以用等效电路描述如下：
➢ 串联终端匹配 ➢ 并联终端匹配 ➢ 戴维南终端匹配 ➢ AC 终端匹配 ➢ 肖特基二极管终端匹配技术
.
5
阻抗匹配
串联终端匹配
串联终端匹配串联终端匹配的理论出发点是在信号源端阻抗低于传输线特征阻抗的条 件下，在信号的源端和传输线之间串接一个电阻R，使源端的输出阻抗与传输线 的特征阻抗 相匹配，抑制从负载端反射回来的信号发生再次反射。
图4 并联终端匹配 .
8
阻抗匹配
优点：并联终端匹配的优势是这种类型的终端匹配方式仅需要一个额外的 元器件。
缺点：这种技术的缺点在于终端匹配电阻会带来直流功耗，匹配电阻的值 通常为50Ω到150Ω，所以在逻辑高和逻辑低状态下都会有恒定的直流电 流从驱动器流入驱动器的直流负载中。另外并联终端匹配也会降低信号的 高输出电平。将TTL 输出终端匹配到地会降低VOH 的电平值，从而降低 接收器输入端的抗噪声能力。不适用与驱动能力很小的TTL或CMOS电路。
图1 传输线阻抗等效电路
.
2
阻抗匹配
传输线的等效电路是由无数个微 分线段的等效电路串联。 这是在无损耗条件下描述的，电 阻上热损耗和介质损耗都被忽略 了的，也就是直流电压变化和漏 电引起的电压波形畸变都未考虑 在内。差分模式传输线实际应用 中，必须具体分析。
图2 阻抗计算
.
3
阻抗匹配
阻抗匹配是指信号源或者传输线跟负载之间的一种合适的搭配方式。
.
9
阻抗匹配
戴维南终端匹配技术
戴维南终端匹配技术也叫做双终端匹配技术，它采用两个电阻R1 和 R2 来实现终端匹配。根据戴维南终端匹配设计规则，戴维南电压 VTH=VR2 必须确保驱动器的IOH 和IOL 电流在驱动器的性能指标范围以 内。R1 通过从VCC 向负载注入电流来帮助驱动器更容易到达逻辑高状态； R2 帮助通过向地吸收电流来将驱动器下拉到逻辑低状态。当R1 和R2 的 并联同信号线的特征阻抗Z0 匹配时可以加强驱动器的扇出能力。
图5 戴维南终端匹配 .
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阻抗匹配
考虑到芯片的驱动能力，两个电阻值的选择必须遵循三个原则：
➢ 规则一：两电阻的并联值与传输线的特征阻抗相等；
➢ 规则一：与电源连接的电阻值不能太小，以免信号为低电平时驱动电流过大；
➢ 规则一：与地连接的电阻值不能太小，以免信号为高电平时驱动电流过大。
优点：是简单易行；优势在于终端匹配电阻仍然是作为上拉电阻和下拉电阻来使 用，它能够有效地抑制信号过冲，使得信号的偏摆缩小，从而加强了系统的噪声 容限。戴维南终端匹配技术同样通过向负载提供额外的电流也减轻了驱动器的负 担，这部分额外的电流在大的信号摆动电压系统比如基于5V和3.3V的CMOS和 BiCMOS的系统中显得尤为有益。
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阻抗匹配
阻抗匹配方式
在高速的设计中，阻抗的匹配与否关系到信号的质量优劣。阻抗匹配的技 术可以说是丰富多样，但是在具体的系统中怎样才能比较合理的应用，需 要衡量多个方面的因素。下面介绍几种常见匹配方式。
阻抗不匹配会有什么不良后果？
在高速的设计中，阻抗的匹配与否关系到信号的质量优劣如果不匹配，则 会形成反射，能量传递不过去，降低效率；会在传输线上形成驻波（简单 的理解，就是有些地方信号强，有些地方信号弱），导致传输线的有效功 率容量降低；功率发射不出去，甚至会损坏发射设备。如果是电路板上的 高速信号线与负载阻抗不匹配时，会产生震荡，辐射干扰等。
图3 串联终端匹配 .
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阻抗匹配
优点：串行连接终端匹配技术的优点是这种匹配技术仅仅为每一个驱动器 加入了一个电阻元件，因此相对于其它类型的电阻匹配技术来说匹配电阻 的功耗是最小的，它没有为驱动器增加任何额外的直流负载，并且也不会 在信号线与地之间引入额外的阻抗。
相对并联匹配来说，串联匹配不要求信号驱动器具有很大的电流驱动 能力。选择串联终端匹配电阻值的原则很简单，就是要求匹配电阻值与驱 动器的输出阻抗之和与传输线的特征阻抗相等。
缺点：理想的信பைடு நூலகம்驱动器的输出阻抗为零，实际的驱动器总是有比较
小的输出阻抗，而且在信号的电平发生变化时，输出阻抗可能不同。比如
电源 电压为＋4.5V的CMOS驱动器，在低电平时典型的输出阻抗为37Ω，
在高电平时典型的输出阻抗为45Ω；TTL驱动器和CMOS驱动一样，其输
出阻抗会随信号的电平大小变化而变化。因此，对TTL或CMOS电路来说，
不可能有十分正确的匹配电阻，只能折中考虑。
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阻抗匹配
并联终端匹配
并联终端匹配是最简单的阻抗匹配技术,通过一个电阻R将传输线的末 端（可能是开路，也可能是负载）接到地或者接到VCC 上。电阻R 的值必 须同传输线的特征阻抗Z0匹配，以消除信号的反射。如果R 同传输线的特 征阻抗Z0 匹配，那么匹配电阻将吸收造成信号反射的能量，而不管匹配 电压的值。在数字电路的设计中，返回通路上吸收的电流通常都大于电源 上提供的电流。将终端匹配到VCC 可以提高驱动器的能力，而将终端匹配 到地则可以提高地上的吸收能力。所以，对于50%占空比的信号而言，将 终端匹配到VCC 要优于将终端匹配到地。
在串行连接终端匹配技术中，由于信号会在传输线、串行连接匹配电阻以及驱动器的 阻抗之间实现信号电压的分配，因而加在传输线上的电压只有信号电压的一半。而在接收端， 由于传输线阻抗和接收器阻抗的不匹配，通常情况下接收器的输出阻抗更高，这会导致大约 同样幅度值信号的反射，这称之为附加的信号波形。故分配在负载端的信号电压大约是驱动 器输出信号电压的一半，再加上同样幅值的附加信号电压，使得接收器马上就会接收到完整 的信号电压。而附加的信号电压会反向传递到驱动端，但是串行连接的匹配电阻在接收器端 实现了反射信号的终端匹配，因而不会出现进一步的信号反射，从而保证了传输线上信号的 完整性。
阻抗匹配与差分线设计
阻抗匹配 差分线设计
➢ 差分线的基本概念 ➢ 差分信号的阻抗分析与计算 ➢ 差分信号设计中存在的问题及其解决方案
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阻抗匹配
阻抗的定义
传输线的特性阻抗是微分线段的特性阻抗。 特性阻抗跟我们通常理解的电阻不是一个概念，它与传输线的长度无 关，也不能通过使用欧姆表来测量。 一个传输线的微分线段可以用等效电路描述如下：
➢ 串联终端匹配 ➢ 并联终端匹配 ➢ 戴维南终端匹配 ➢ AC 终端匹配 ➢ 肖特基二极管终端匹配技术
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阻抗匹配
串联终端匹配
串联终端匹配串联终端匹配的理论出发点是在信号源端阻抗低于传输线特征阻抗的条 件下，在信号的源端和传输线之间串接一个电阻R，使源端的输出阻抗与传输线 的特征阻抗 相匹配，抑制从负载端反射回来的信号发生再次反射。
图4 并联终端匹配 .
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阻抗匹配
优点：并联终端匹配的优势是这种类型的终端匹配方式仅需要一个额外的 元器件。
缺点：这种技术的缺点在于终端匹配电阻会带来直流功耗，匹配电阻的值 通常为50Ω到150Ω，所以在逻辑高和逻辑低状态下都会有恒定的直流电 流从驱动器流入驱动器的直流负载中。另外并联终端匹配也会降低信号的 高输出电平。将TTL 输出终端匹配到地会降低VOH 的电平值，从而降低 接收器输入端的抗噪声能力。不适用与驱动能力很小的TTL或CMOS电路。
图1 传输线阻抗等效电路
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阻抗匹配
传输线的等效电路是由无数个微 分线段的等效电路串联。 这是在无损耗条件下描述的，电 阻上热损耗和介质损耗都被忽略 了的，也就是直流电压变化和漏 电引起的电压波形畸变都未考虑 在内。差分模式传输线实际应用 中，必须具体分析。
图2 阻抗计算
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阻抗匹配
阻抗匹配是指信号源或者传输线跟负载之间的一种合适的搭配方式。
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阻抗匹配
戴维南终端匹配技术
戴维南终端匹配技术也叫做双终端匹配技术，它采用两个电阻R1 和 R2 来实现终端匹配。根据戴维南终端匹配设计规则，戴维南电压 VTH=VR2 必须确保驱动器的IOH 和IOL 电流在驱动器的性能指标范围以 内。R1 通过从VCC 向负载注入电流来帮助驱动器更容易到达逻辑高状态； R2 帮助通过向地吸收电流来将驱动器下拉到逻辑低状态。当R1 和R2 的 并联同信号线的特征阻抗Z0 匹配时可以加强驱动器的扇出能力。
图5 戴维南终端匹配 .
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阻抗匹配
考虑到芯片的驱动能力，两个电阻值的选择必须遵循三个原则：
➢ 规则一：两电阻的并联值与传输线的特征阻抗相等；
➢ 规则一：与电源连接的电阻值不能太小，以免信号为低电平时驱动电流过大；
➢ 规则一：与地连接的电阻值不能太小，以免信号为高电平时驱动电流过大。
优点：是简单易行；优势在于终端匹配电阻仍然是作为上拉电阻和下拉电阻来使 用，它能够有效地抑制信号过冲，使得信号的偏摆缩小，从而加强了系统的噪声 容限。戴维南终端匹配技术同样通过向负载提供额外的电流也减轻了驱动器的负 担，这部分额外的电流在大的信号摆动电压系统比如基于5V和3.3V的CMOS和 BiCMOS的系统中显得尤为有益。