基于的高速电路端接技术仿真研究(3)
【作者】网站采编
【关键词】
【摘要】式(7)中,Z3为上拉电阻的阻抗,ZOUT为输出缓冲器的输出阻抗,VOUT为输出缓冲器的输出电压,Vpullup为上拉电压。 当输出缓冲器的输出电压为0 V时,公式
式(7)中,Z3为上拉电阻的阻抗,ZOUT为输出缓冲器的输出阻抗,VOUT为输出缓冲器的输出电压,Vpullup为上拉电压。
当输出缓冲器的输出电压为0 V时,公式(7)可以简化为:
根据公式(8)可得,当上拉电阻的阻抗为65.2 Ω时,接收端电压应为0.55 V,仿真结果为0.53 V,计算与仿真结果相吻合。
图12 不同Vpullup下,主动并行端接信号波形
从图12中可以看到,当上拉电阻R3的阻抗为65.2 Ω时,随着Vpullup的增大,信号线上的低电平被不断拉高。同时,接收端信号的稳态电压也逐步增大。但是上拉电压Vpullup的大小,并不会对信号的上升时间产生影响。而且,信号过冲和下冲的幅值也与Vpullup的大小几乎无关。若Vpullup的上拉电压数值选取不合适,可能会导致信号线上的低电平数值一直高于输入缓冲器的低电平阈值,从而导致系统设计错误。
3.4 戴维南端接
针对于上述两个小节的讨论,可知简单并联端接和主动并行端接都可以消除信号的一次反射,有效地降低信号的过冲和下冲,但是简单并联端接会拉低接收端的高电平电压,主动并行端接会抬高接收端的低电平电压。在某些驱动能力较弱的电路中,上述两种端接方法并不适用。为了解决这些问题,可以采用戴维南端接的方案。戴维南端接,即在信号输入端口位置并联一个上拉到Vpullup的电阻RU和一个下拉到地的电阻RD,如图13所示。这种端接方法要求上拉电阻RU和下拉电阻RD的并联阻抗等于传输线的特征阻抗。但是由于RU和RD的存在,该端接方案会增加信号线上的直流功耗。
图13 戴维南端接示意
图14 戴维南端接仿真示意
图14为戴维南端接在Hyperlynx软件中的示意图,其中U7.7为输出缓冲器,R4为上拉电阻,R5为下拉电阻,TL4为传输线,U8.8为输入缓冲器,上拉电压Vpullup为2.5 V。
从图15中可以看到,戴维南端接波形处于简单并联端接和主动并行端接波形之间。在实际工程应用中,通过选择合适的R4和R5,可以使得信号的高低电平满足设计要求。同时,电阻R4和R5具有限流的作用,为避免驱动电流和直流功耗过大,其阻抗值不应过小。上拉电阻R4的最大数值由信号的最大上升时间决定,最小数值由输出缓冲器的最大灌电流决定。与简单并联端接和主动并行端接相比,戴维南端接使用了2个电阻,在高密度PCB的设计中,这样的端接方案会增加PCB的设计难度。
图15 三种端接方式的信号波形对比
3.5 阻容端接
为了解决并联端接引起的直流功耗大的问题,可以采用阻容端接的方案。阻容端接,即在信号输入端口位置并联一个电阻RD和一个对地的电容CD,如图16所示。由于对地电容CD隔绝直流的能力,采用这种端接方案可以有效地减小电路直流功耗。阻容端接要求电阻RD的阻抗小于等于传输线的特征阻抗,对地电容CD为:
式(9)中,TR为信号的上升时间,Z0为传输线的特征阻抗。
图16 阻容端接示意
图17为阻容端接在Hyperlynx软件中的示意图,其中U9.9为输出缓冲器,R6为下拉电阻,C1为对地电容,TL5为传输线,U10.10为输入缓冲器。
图17 阻容端接仿真示意
图18 不同C1下,RC端接信号波形
当并联电阻R6的阻抗一定时,随着C1容值的增加,过冲越来越小,同时,信号的上升速度逐渐变缓。阻容端接并不会影响信号线上的高电平电压,当信号刚到达阻容端接时,电容C1以时间常数RC进行充电,有电流流过电阻R6,此时电阻R6起到并联端接的作用。随着时间的推移,电容C1两端的电压逐渐稳定,此时不再有电流流过电阻R6,且接收端的电压等于输出端的电压。
3.6 二极管端接
二极管端接,即在信号输入端口位置并联一个上拉到Vpullup的肖特基二极管SBD1和一个下拉到地的肖特基二极管SBD2,如图19所示。该端接方法利用了肖特基二极管的快速导通特性以及限幅原理,通常要求二极管的开关速度至少要比信号上升时间快4倍。由于这种端接方案在实际应用中并不常用,所以在此不再赘述。
图19 二极管端接示意
4 结束语
随着汽车控制器上信号速率的提升,如何保证高速电路的信号完整性是每一个汽车电子工程师都需要考虑的问题,而保证信号完整性的一个核心要点就是如何抑制反射。通过仿真软件Hyperlynx对6种常用的端接方法进行仿真验证,仿真结果表明,上述的几种端接方法都可以有效地抑制信号的反射。在实际应用中,工程师可以通过选择合适的端接方法来抑制反射,从而提高产品的可靠性和竞争力。
文章来源:《反射疗法与康复医学》 网址: http://www.fslfykfyx.cn/qikandaodu/2021/0726/538.html