基于的高速电路端接技术仿真研究(2)
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【摘要】图3 串联端接示意 图4 串联端接仿真示意 图5 不同串联电阻下的信号波形 图4为串联端接在Hyperlynx软件中的示意图,其中U1.1为输出缓冲器,R1为串联电阻,
图3 串联端接示意
图4 串联端接仿真示意
图5 不同串联电阻下的信号波形
图4为串联端接在Hyperlynx软件中的示意图,其中U1.1为输出缓冲器,R1为串联电阻,TL1为传输线,U2.2为输入缓冲器。仿真中,将TL1定义为长度152.4 mm,宽度0.127 mm(5 mils)的顶层(TOP层)走线。可以从图4中看到,该段传输线的特征阻抗为65.2 Ω,传输延迟为912.306×10-12s(912.306 ps)。
从图5中可以看到,随着时间的推移,不论串联电阻的阻值为多少,输出端和接收端的电压都将稳定在2.5 V。另外,信号在传输线上的传递时间也与串接电阻的阻值无关。当串接电阻R1的阻抗为0 Ω时,信号的过冲和下冲最为明显。当串接电阻R1的阻抗为80 Ω时,信号的输出电压不足,并且信号的上升速度最慢,以上2种情况在实际的工程应用中都应该避免。当串接电阻R1的阻抗为42.2 Ω时,信号波形传递良好,过冲较小,说明信号的反射现象被有效地抑制。
当串接电阻R1的阻抗为0 Ω时,根据公式(5)可以得到U1.1的第一个平台电压为1.94 V,仿真结果为1.95 V。另外,输入缓冲器的输入阻抗通常很大,近乎于断路,根据公式(4)可以得出此时的反射系数为1,那么相应的输入端U2.2的电压应该为输出端U1.1电压的2倍,仿真测得的电压为3.85 V,与计算结果相符。
式(5)中,Z1为串联电阻的阻抗,Z0为传输线的特征阻抗(在本例中为65.2 Ω),ZOUT为输出缓冲器的输出阻抗,V1.1为图4中的A点电压,VOUT为输出缓冲器的输出电压。
3.2 简单并联端接
简单并联端接就是在靠近信号输入端口的位置并联一个对地电阻,该并联电阻RP的阻抗ZP等于传输线的特征阻抗Z0,如图6所示。由上文可知,串联端接消除的是信号的二次反射。而简单并联端接消除的是信号的一次反射,所以可以有效地减小信号噪声。并且在多负载情况下,工作性能良好。除此之外,简单并联端接具有使用器件少、电阻阻抗值容易确定等优点。但是由于并联电阻RP的存在,会引入一个到地(GND)的直流通路,所以信号线上的直流功耗会增加。
图6 简单并联端接示意
图7 简单并联端接仿真示意
图7为简单并联端接在Hyperlynx软件中的示意图,其中U3.3为输出缓冲器,R2为并联电阻,TL2为传输线,U4.4为输入缓冲器。
图8 简单并联端接信号波形
图8为简单并联端接的信号波形,从图中可以看到,随着并联电阻阻抗的增大,接收端的稳定电压逐渐提高。根据公式(6)可得稳定电压的具体数值。
式(6)中,Z2为并联电阻的阻抗,ZOUT为输出缓冲器的输出阻抗,VOUT为输出缓冲器的输出电压。
从图8可以看到,当并联电阻R2的阻抗为65.2 Ω时,此时并联电阻阻抗等于传输线的特征阻抗,信号的过冲和下冲最小。但是由于并联电阻R2的存在,会降低接收端的稳定电压,并联电阻阻抗越小,接收端稳定电压越低,信号的抗噪声能力越弱。若不能选取合适的并联电阻,甚至可能导致接收端的稳定电压低于接收端的高电平阈值,从而导致接收端无法获取正确的信号。当并联电阻的阻抗等于传输线的特征阻抗时,信号的稳定电压由输出缓冲器的输出阻抗决定,若输出缓冲器输出阻抗过大,接收端的稳定电压同样可能低于接收端的高电平阈值,即输出缓冲器的驱动能力不够。
3.3 主动并行端接
为了解决简单并联端接会降低接收端信号稳定电压的问题,可以采用主动并行端接的方案。主动并行端接,即在信号输入端口位置并联一个上拉到Vpullup的电阻RU,如图9所示。该方案要求上拉电阻RU的阻抗等于传输线的特征阻抗,并且上拉电压源应具备吸、灌电流的能力,用以满足输出电压跳变速度的要求[13]。主动并行端接同样可以消除信号的一次反射,但是由于输出缓冲器内阻ZOUT的存在,信号线的低电平会被抬高。主动并联端接的应用场景非常广泛,DDR4地址和命令线上即采用了这种端接方案。
图9 主动并行端接示意
图10 主动并行端接仿真示意
图10为主动并行端接在Hyperlynx软件中的示意图,其中U5.5为输出缓冲器,R3为上拉电阻,TL3为传输线,U6.6为输入缓冲器,上拉电压Vpullup为2.5 V。
图11 不同阻抗的R3下,主动并行端接信号波形
从图11中可以看到,当上拉电压Vpullup为2.5 V时,不论上拉电阻R3的阻抗为多少,接收端的信号稳定电压都为2.5 V。主动并行端接要求上拉电阻的阻抗等于传输线的特征阻抗,仿真结果表明,当上拉电阻的阻抗为65.2 Ω时,接收端的信号最为理想,理论与仿真结果一致。另外,随着上拉电阻阻抗的减小,信号线的低电平被逐渐抬高,这是由公式(7)所决定。
文章来源:《反射疗法与康复医学》 网址: http://www.fslfykfyx.cn/qikandaodu/2021/0726/538.html