嵌入式開發(fā)技術(shù)何\"阻抗匹配\"

雙電阻形式的并聯(lián)匹配，也被稱作戴維南終端匹配，要求的電流驅(qū)動能力比單電阻形式小。這是因?yàn)閮呻娮璧牟⒙?lián)值與傳輸線的特征阻抗相匹配，每個電阻都比傳輸線的特征阻抗大?？紤]到芯片的驅(qū)動能力，兩個電阻值的選擇必須遵循三個原則：⑴。 兩電阻的并聯(lián)值與傳輸線的特征阻抗相等;⑵。 與電源連接的電阻值不能太小，以免信號為低電平時驅(qū)動電流過大;⑶。 與地連接的電阻值不能太小，以免信號為高電平時驅(qū)動電流過大。

并聯(lián)終端匹配優(yōu)點(diǎn)是簡單易行;顯而易見的缺點(diǎn)是會帶來直流功耗：單電阻方式的直流功耗與信號的占空比緊密相關(guān)?;雙電阻方式則無論信號是高電平還是低電平都有直流功耗。因而不適用于電池供電系統(tǒng)等對功耗要求高的系統(tǒng)。另外，單電阻方式由于驅(qū)動能力問題在一般的TTL、CMOS系統(tǒng)中沒有應(yīng)用，而雙電阻方式需要兩個元件，這就對PCB的板面積提出了要求，因此不適合用于高密度印刷電路板。

當(dāng)然還有：AC終端匹配; 基于二極管的電壓鉗位等匹配方式。

二 .將訊號的傳輸看成軟管送水澆花2.1 數(shù)位系統(tǒng)之多層板訊號線(Signal Line)中，當(dāng)出現(xiàn)方波訊號的傳輸時，可將之假想成為軟管(hose)送水澆花。一端于手握處加壓使其射出水柱，另一端接在水龍頭。當(dāng)握管處所施壓的力道恰好，而讓水柱的射程正確灑落在目標(biāo)區(qū)時，則施與受兩者皆歡而順利完成使命，豈非一種得心應(yīng)手的小小成就?

2.2 然而一旦用力過度水注射程太遠(yuǎn)，不但騰空越過目標(biāo)浪費(fèi)水資源，甚至還可能因強(qiáng)力水壓無處宣泄，以致往來源反彈造成軟管自龍頭上的掙脫!不僅任務(wù)失敗橫生挫折，而且還大捅紕漏滿臉豆花呢!

2.3 反之，當(dāng)握處之?dāng)D壓不足以致射程太近者，則照樣得不到想要的結(jié)果。過猶不及皆非所欲，唯有恰到好處才能正中下懷皆大歡喜。

2.4 上述簡單的生活細(xì)節(jié)，正可用以說明方波(Square Wave)訊號(Signal)在多層板傳輸線(Transmission Line，系由訊號線、介質(zhì)層、及接地層三者所共同組成)中所進(jìn)行的快速傳送。此時可將傳輸線(常見者有同軸電纜Coaxial Cable，與微帶線Microstrip Line或帶線Strip Line等)看成軟管，而握管處所施加的壓力，就好比板面上“接受端”(Receiver)元件所并聯(lián)到Gnd的電阻器一般，可用以調(diào)節(jié)其終點(diǎn)的特性阻抗(Characteristic Impedance)，使匹配接受端元件內(nèi)部的需求。

三。 傳輸線之終端控管技術(shù)(Termination)

3.1 由上可知當(dāng)“訊號”在傳輸線中飛馳旅行而到達(dá)終點(diǎn)，欲進(jìn)入接受元件(如CPU或Meomery等大小不同的IC)中工作時，則該訊號線本身所具備的“特性阻抗”，必須要與終端元件內(nèi)部的電子阻抗相互匹配才行，如此才不致任務(wù)失敗白忙一場。用術(shù)語說就是正確執(zhí)行指令，減少雜訊干擾，避免錯誤動作“。一旦彼此未能匹配時，則必將會有少許能量回頭朝向”發(fā)送端“反彈，進(jìn)而形成反射雜訊(Noise)的煩惱。

3.2 當(dāng)傳輸線本身的特性阻抗(Z0)被設(shè)計者訂定為28ohm時，則終端控管的接地的電阻器(Zt)也必須是28ohm，如此才能協(xié)助傳輸線對Z0的保持，使整體得以穩(wěn)定在28 ohm的設(shè)計數(shù)值。也唯有在此種Z0=Zt的匹配情形下，訊號的傳輸才會最具效率，其“訊號完整性”(Signal Integrity，為訊號品質(zhì)之專用術(shù)語)也才最好。

四。特性阻抗(Characteristic Impedance)

4.1 當(dāng)某訊號方波，在傳輸線組合體的訊號線中，以高準(zhǔn)位(High Level)的正壓訊號向前推進(jìn)時，則距其最近的參考層(如接地層)中，理論上必有被該電場所感應(yīng)出來的負(fù)壓訊號伴隨前行(等于正壓訊號反向的回歸路徑 Return Path)，如此將可完成整體性的回路(Loop)系統(tǒng)。該“訊號”前行中若將其飛行時間暫短加以凍結(jié)，即可想象其所遭受到來自訊號線、介質(zhì)層與參考層等所共同呈現(xiàn)的瞬間阻抗值(Instantanious Impedance)，此即所謂的“特性阻抗”?！　∈枪试?ldquo;特性阻抗”應(yīng)與訊號線之線寬(w)、線厚(t)、介質(zhì)厚度(h)與介質(zhì)常數(shù)(Dk)都扯上了關(guān)系。

4.2 阻抗匹配不良的后果　　由于高頻訊號的“特性阻抗”(Z0)原詞甚長，故一般均簡稱之為“阻抗”。讀者千萬要小心，此與低頻AC交流電(60Hz)其電線(并非傳輸線)中，所出現(xiàn)的阻抗值(Z)并不完全相同。數(shù)位系統(tǒng)當(dāng)整條傳輸線的Z0都能管理妥善，而控制在某一范圍內(nèi)(±10或 ±5)者，此品質(zhì)良好的傳輸線，將可使得雜訊減少，而誤動作也可避免?！　〉?dāng)上述微帶線中Z0的四種變數(shù)(w、t、h、 r)有任一項(xiàng)發(fā)生異常，例如訊號線出現(xiàn)缺口時，將使得原來的Z0突然上升(見上述公式中之Z0與W成反比的事實(shí))，而無法繼續(xù)維持應(yīng)有的穩(wěn)定均勻(Continuous)時，則其訊號的能量必然會發(fā)生部分前進(jìn)，而部分卻反彈反射的缺失。如此將無法避免雜訊及誤動作了。例如澆花的軟管突然被踩住，造成軟管兩端都出現(xiàn)異常，正好可說明上述特性阻抗匹配不良的問題。

4.3 阻抗匹配不良造成雜訊　　上述部分訊號能量的反彈，將造成原來良好品質(zhì)的方波訊號，立即出現(xiàn)異常的變形(即發(fā)生高準(zhǔn)位向上的Overshoot，與低準(zhǔn)位向下的Undershoot，以及二者后續(xù)的Ringing)。此等高頻雜訊嚴(yán)重時還會引發(fā)誤動作，而且當(dāng)時脈速度愈快時雜訊愈多也愈容易出錯。