PCB走线上串电阻的原因.docx

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1、PCB走线上串电阻的原因由了电信号在PCB上传输,我们在PCB设计中,可以把PCB走线认为是信号的通道。当这个通道的深度和宽度发生变化时，特别是一些突变时，都会产生反射。此时，一部分信号继续传播，一部分信号就可能反射。而我们在设计的过程中，一般都是控制PCB的宽度。所以，我们可以把信号走在PCB走线上，假想为河水流淌在河道里面.当河道的宽度发生突变时，河水遇到阻力自然会发生反射、旋涡等现象。同样的，信号在PCB上走线当遇到PCB的阻抗突变了，信号也会发生反射。我们以光的反射类比信号的反射。光的反射，指光在传播到不同物质时.，在分界面上改变传播方向，返回原来物质中的现象.光在碰到介质界面时，其折

2、射率和反射率由.光线在临界面上的反射率仅与介质的物理性能，光线的波长，以及入射角相关。同样的，信号/电磁波在传输过程中，一旦传输线瞬时阻抗发生变化，那么就将发生反射。信号的反射有一个参数叫作反射系数(P),计算公式如下：式中，Z1.为变化前的阻抗；Z2为变化后的阻抗。假设PCB线条的特性阻抗为50Q传输过程中遇到个理想的100Q的贴片电限接地,那么反射系数运用公式计算得到:信号有1/3被反射回源端.反射系数P计算公式的推导过程，此处不展开。信号沿传输线向前传播时，每时每刻都会可能发生阻抗变化，如PCB走线宽度变化、PCB厚度变化、换层、虫国、2i,电感、过孔、PCB转角、接插件、涔件管脚：这个

3、阻抗可能是传输线本身的，也可能是中途或末端其他元件的。对于信号来说，它不会区分到底是什么，信号是否反射，只会根据阻抗而变化。如果阻抗是恒定的，那么他就会正常向前传播，只要网抗发生了变化，不论是什么引起的，信号都会发生反射。不管是COHS电路，还是SST1.电路，抑或是射频电路，电路是计匚程师/里整个传输链路阻抗都是一致的,最理想的情况就是源端、传输线和负栽端都一样。但实际总是事与愿违，因为发送端的揭t内阻通常会比较小，而传输线的阻抗又是50Q,这就造成了不匹配，使信号发生反射。这种情况在并行总线和低速信号电路中常常出现，而通常对于高速SerDeS电路而言，芯片内阻与差分传输线的阻抗是匹配的。如

4、果确实出现了阻抗不匹配，通常的做法是在芯片之外采用电阻端接匹配来实现阻抗一致性。常用的端接方式有源端端接、终端并联端接、戴维宁端接、RC端接、差分端接等。那端接电阻要使用几颗？端接电阻怎么放置？明值是选择多大呢？1、点对点拓扑结构在介绍端接之前，先了解下电路的拓扑结构。电路的拓扑是指电路中各个元件之间的连接关系。常见的电路拓扑结构包括点对点的拓扑、星型拓扑、T型拓扑、菊花链拓扑等，最简雏的拓扑就是点对点拓扑结构的连接设计。点对点设计也是最常见的电路拓扑设计，尤其是住高速电路中几乎都是点对点的连接设计。点对点虽然简单，但这种拓扑设计限制r带负载的数量点对点设计，由于驱动端的内部阻抗与传输线的阻抗

5、常常不匹配，很容易就会形成信号反射，使信号失真。这就是一个信号完整性问题。如卜.图所示，是点对点的拓扑结构，由驱动端、传输线和接收端组成。点对点无端接拓扑结构在这个电路拓扑中，其接收端的信号波形，如卜图所示:点对点无端接的信号波形从波形上分析，信号在高电平时稳定电压在1.8Y,但是最大值达到了2.619V,有8IDmV的过冲;最小值达到-73ImV,低于OY达到了73ImVe这种情况在电路设计中需要尽量避免，因为这么大的过冲很容易损毁芯片，即使不损毁，也存在可靠性的问题。所以，在设计中需要把过冲降低，尽量保证电压幅值在电路可接受的葩围内，如此案例尽量保证满足1.8V+-5%,这时就需要通过端接

6、电阻来改善信号质量。2、海埔端接源端端接设计也叫串联端接设计，是一种常用的端接设计。端接方式是只在芯片端出来之后添加一颗端接电阻，尽量罪近输出端。在此电路结构中，关键的是加多大网值的电网，需要根据电路的实际情况进行位甚或计算确认,计算的原则是源端阳抗叵与所加端接电阻RO的值等于传输线的阻抗Z0.在前面的点对点拓扑结构中，加入端接电阻值为33A的R1.其电路拓扑结构，如下图所示。源端端接拓扑结构此时在接收端获得的信号波形，如下图所示:源端端接后的波形使用源端端接后，原本的存在的过冲已经基本消除，信号质员得到极大的改善.在加入源湍端接电阻之后，信号的上升沿变缓，上升时间变长.源端端接在电路匹配时，

7、可以使电路匹配得非常好，但并不是适合于每一种电路设计。源端端接有自身的一些特性，大致归纳如下：（I）源端端接非常简单，只需耍使用一颗电阻即可完成端接.（2）当驱动端器件的输出阻抗与传输线特性阻抗不匹配时，使用源端端接在开始就可以使阻抗匹配：当电路不受终端阻抗影响时，非常适合使用源端湍接；如果接收端存在反射现象，就不适合使用源端端接。（3）适用于单一负载设计时的端接。（4）当电路信号频率比较高时，或者信号上升时间比较短（特别是高频吐以信号）时，不适合使用源端端接。因为加入端接电阻后，会使电路的上升时间变长。（5）合适的源端端接可以减少电磁干扰（EMI）辐射。3、并联*接并联端接即把端接电阻并联在

8、链路中，一般把端接电阻在靠近信号接收端的位置.，并联端接分为上拉电阻并联端接和下拉电阻并联端接。电路图如下：并联端接拓扑结构端接电阻值Ro与传输线的阻抗一致。使用并联端接后，其接收端的信号波形，如下图所示：并联端接后的信号波形从波形上分析，过冲基本被消除。上拉并联端接的波形低电平有很明显的上移，卜拉并联端接的波形高电平有很明显的卜移。不管是上拉并联端接还是下拉并联端接，信号波形的峰峰值都比使用源端端接时要小些。并联端接放在接收端，所以能很好地消除反射，使用的元件也只有电阻.从电路结构就可以看出，即使电路保持在静态情况，并联端接依然会消耗比迨，所以驱动的电潦需求比较大，很多时候驱动端无法满足并联

9、端接的设计，在特别是多负我时，骄动端更加难以满足并联端接需要消耗的电流。所以，一般并联端接不用于TT1.和COMS电路。同时，由于幅值被降低.所以噪声容限也被降低了。4、戴维宁墙接藏维宁端接就是使用两颗电阻组成分压电路，即用上拉电阻R1.和卜拉电阻R2构成端接，通过R1.和R2吸收反射能量。藏维宁端接的等效电阻必须等于走线的特性阻抗。电路拓扑结构，如下图所示：戴维宁端接拓扑结构使用戴维宁端接后，其接收端的信号波形，如下图所示:戴维宇端接后的信号波形从上述信号波形分析，戴维宇端接匹配的效果也非常好，也基本能消除过冲的影响。戴维宁端接方式，由于一直存在直流功耗，所以对里遮的功耗要求比较多，也会降低

10、源端的驱动能力。从信号接收端的波形可以看出，簸维宁端接的幅度降低了，所以噪声容限也被降低。同时，戴维宁端接需要使用两颗分压电阻，电阻的选型也相对比较麻烦，使很多电路设计工程师在使用这类端接时总是非常逆慎。DDK2和DI)R3的数据和数据选通信号网络的ODT端接电路就采用了戴维宁端接。6、RC端接RC端接在并联下拉端接的电眼下面增加一颗电容，井下拉到地，所以RC端接是由一颗电阻和一颗电容组成的端接。RC端接也可以看作是一种并联端接。电阻值的大小等于传输线的阻抗，电容值通常取值比较小。RC端接电路的拓扑,如卜图所示：RC端接拓扑结构使用RC端接后，其接收端的信号波形，如卜图所示:RC端接后的信号波

11、形从接收湍的波形分析,RC端接也使过冲基本被消除/RC端接能非常好的消除源端带来的反射影响，但是RC电路也有可能导致新的反射。由于RC端接电路中有电容存在，所以电路静态时的直流功耗#常小。信号波形的低电平电用提升了很多，所以RC端接后电路的噪声容限被降低。RC端接后，由于引入了RC延时电路，所以信号波形边沿也明显的变缓慢，其变化程度与RC端接的电阻值和电容值有直接关系,所以，RC端接并不适合非常速的信号及时钟电路的端接。同时，RC端接方式需要使用电阻和电容两颗器件。从上面分析的几种电阻端接类型来看，基本都能达到电路匹配端接的效果，使信号在传递过程中保持信号不失其，即满足信号完整性的设计要求。对于电子产品设计而言,这是一个系统工程，其中涉及各个方面，包括信号完整性设计与电源完整性，也包括电圈路性、电路可驿性、可加工性、成本等。那么，在使用电阻端接来解决反射问题时，也要考虑到这些方面的原因。在实际项目的应用中，就需要根据项目工程的应用选择电阻端接的类型.总而言之，从屿性能的角度来讲，电阻端接匹配不仅仅可以改善信号质量，还可以用于控制信号边沿变化的速率，即控制信号的上升时间：也可以改变信号电平的类型，即起到转换的作用。