在設(shè)計(jì)電路板時(shí),,其中一個(gè)難題就是確定端接類型以及它的放置位置,。本章將幫助用戶確定用戶電路板設(shè)計(jì)所需的端接類型以及可能的最好位置。
1.1 設(shè)計(jì)示例
如果與數(shù)據(jù)和時(shí)鐘電路相關(guān)的傳輸線沒有合適的端接,,則信號(hào)會(huì)產(chǎn)生反射,。下面將從具體的示例來論述,,該示例具有以下特性:
l 信號(hào)上升時(shí)間300ps
l 源與目標(biāo)之間的傳輸路徑兩英寸長(zhǎng)
在這個(gè)設(shè)計(jì)示例中,您需要確定傳輸線是否應(yīng)終止,,如果需要,,應(yīng)該如何實(shí)現(xiàn)。
1.1.1 確定延遲
使用下面的等式來確定具有300ps上升時(shí)間的信號(hào)通過一條介電常數(shù)為εr的傳輸線時(shí)產(chǎn)生的延遲,。
對(duì)于帶狀線:
延遲時(shí)間為每英寸85ps
對(duì)于微帶線:
延遲時(shí)間為每英寸85
在FR4中,,采用帶狀線配置的傳輸線在信號(hào)上每英寸大約引入180ps的延遲,,因此,穿過傳輸線的信號(hào)速率為延遲時(shí)間的倒數(shù),,即每秒5.5G英寸,。
1.1.2 確定帶寬
圖24為在任意時(shí)刻t的電壓:
V=Vfinal(1-)
圖24 RC充電電路的特征電壓圖
在曲線的10%處:
0.1Vfinal=Vfinal(1-)
0.9=
在曲線的90%處:
0.9Vfinal=Vfinal(1-)
0.1=
90%的等式除以10%的等式,結(jié)果為:
9=
ln9=t2-t1/RC
2.197=t2-t1/RC
此處:t2-t1為信號(hào)的上升時(shí)間Tτ,,RC為時(shí)間常量τ
時(shí)間常量的變化與3dB頻率有關(guān),,頻率等式:
f=1/2πτ
從上式中,我們可以確定時(shí)間常量τ:
τ=RC=1/2πf
將時(shí)間常量帶入電壓等式,,得:
2.197=2πfTτ
f=0.35/Tτ
使用下面的等式來確定帶寬:
帶寬=0.35/Tr
具有Tτ上升時(shí)間的信號(hào),,其高頻成分可由這個(gè)公式獲得。
之前討論的信號(hào)有一個(gè)300ps的上升時(shí)間,,這意味著該信號(hào)中的高頻成分為:
帶寬=0.35/300ps=1.16GHz
使用等式:
速度=頻率×波長(zhǎng)
帶寬和速度都已知,,則:
5.5G英寸/s=1.16GHz×波長(zhǎng)
波長(zhǎng)=4.74英寸
波長(zhǎng)/10=0.474英寸
如果傳輸線比波長(zhǎng)/10還要長(zhǎng),則必需有端接,。在這個(gè)設(shè)計(jì)示例中,,傳輸線為兩英寸長(zhǎng),因此必需有端接,。
1.1.3 使用串行端接
在使用串行端接時(shí),只能使用近端端接(near-end termination),。串行端接只能用于時(shí)鐘信號(hào),。
當(dāng)使用近端串行端接(Z0)并且后面帶有傳輸線時(shí),對(duì)于驅(qū)動(dòng)器來說上述電路就好像是一個(gè)分壓器,,它將驅(qū)動(dòng)器端的振幅V在串行端接之后減小到V/2,。因?yàn)樵趥鬏斁€的末端沒有端接,當(dāng)信號(hào)到達(dá)末端時(shí),,整個(gè)信號(hào)反射,,重新恢復(fù)到V。反射系數(shù)使用下面的公式計(jì)算:
反射系數(shù)=(Zload-Z0)/(Zload+Z0)
1.1.4 使用并行端接
使用并行端接時(shí),,可以將并行端接放在傳輸線的兩個(gè)末端或只放在傳輸線的遠(yuǎn)端,。你應(yīng)該將端接盡可能靠近源端或目標(biāo)端放置。在端接和傳輸線末端之間的任何傳輸線對(duì)于信號(hào)來說就好像是一個(gè)容性阻抗,。如果不能將端接盡可能靠近集成電路放置,,那么就將它們放在管腳的后面(即飛越配置(fly by configuration))。
圖25為一個(gè)錯(cuò)誤放置端接電阻的電路板,。SMA連接器(圖25中的點(diǎn)A)和端接電阻(圖25中的點(diǎn)B)之間的線長(zhǎng)為兩英寸,,端接電阻和IC(圖25中的點(diǎn)C)之間的線長(zhǎng)也為兩英寸。端接之后和IC之前的整個(gè)部分就好像是一個(gè)容性負(fù)載,,這就是為什么端接應(yīng)該盡可能近地靠近IC放置的原因,。
圖25 錯(cuò)誤放置端接電阻
圖26為整個(gè)傳輸路徑的TDR,。點(diǎn)B之后,傳輸線的阻抗不再是50Ω,,而被下拉到26.7Ω,,因此引起了反射。
圖26 圖3-2中的傳輸路徑的TDR
在放置端接電阻時(shí),,將最小尺寸的電阻盡可能靠近傳輸線放置,。合適的放置端接電阻可以確保傳輸線最短,從而限制了不連續(xù)性,。
在圖27中,,R173為50Ω,R174為0Ω接地電阻,。R173和R174串聯(lián)作為端接電阻,。(0Ω用作附加電阻。如果有必要,,你可以用不同值的電阻代替0Ω電阻),。但圖27中的設(shè)計(jì)有太多不需要的傳輸線,增加了不連續(xù)性,。我們可以移除電阻R174,,并放置一個(gè)最小尺寸的電阻作為R173。
圖27 端接電阻增加了傳輸線上的不連續(xù)