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本篇文檔重點(diǎn)介紹常見(jiàn)信號(hào)匹配方式，匹配電路的設(shè)計(jì)是解決SI問(wèn)題的重要手段，可以先了解通用的匹配電路方式，再逐步掌握比較復(fù)雜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下的匹配電路設(shè)計(jì)。 匹配電路按照所處的位置分為：源端匹配（發(fā)送端）、終端匹配（接收端） 1. 常見(jiàn)信號(hào)匹配電路 1.1 串聯(lián)電阻匹配 串聯(lián)電阻匹配通常用于源端（發(fā)送端），即在驅(qū)動(dòng)器輸出端和信號(hào)傳輸線之間串聯(lián)一個(gè)電阻。驅(qū)動(dòng)器輸出阻抗R0以及電阻R值的和必須同信號(hào)線的特征阻抗Z0匹配。 對(duì)于這種類型的匹配電路，由于信號(hào)會(huì)在傳輸線、串聯(lián)匹配電阻以及驅(qū)動(dòng)器的阻抗之間實(shí)現(xiàn)信號(hào)電壓的分配，因而加在信號(hào)傳輸線上的電壓實(shí)際只有部分的信號(hào)電壓。 而在終端（接收端），由于信號(hào)線阻抗和接收器阻抗的不匹配，通常情況下，接收器的輸入阻抗更高，因而會(huì)導(dǎo)致大約同樣幅度值信號(hào)的反射，稱之為附加的信號(hào)波形。因而接收器會(huì)馬上看到全部的信號(hào)電壓（附加信號(hào)和反射信號(hào)之和），而附加的信號(hào)電壓會(huì)向驅(qū)動(dòng)端傳遞。然而不會(huì)出現(xiàn)進(jìn)一步的信號(hào)反射，這是因?yàn)榇?lián)的匹配電阻在接收器端實(shí)現(xiàn)了反射信號(hào)的終端匹配。 串聯(lián)電阻匹配的優(yōu)點(diǎn)是在原有電路每一個(gè)驅(qū)動(dòng)器僅增加了一個(gè)電阻元件，匹配電阻的功耗是最小的，因而驅(qū)動(dòng)器不會(huì)增加任何額外的直流負(fù)載，也不會(huì)在信號(hào)線與地平面之間引入額外的阻抗。
對(duì)長(zhǎng)走線進(jìn)行串聯(lián)電阻匹配后仿真波形如下，供參考：
1.2 并聯(lián)電阻匹配 并聯(lián)電阻匹配通常用于終端（接收端），即通過(guò)一個(gè)電阻R將傳輸線的末端接到地或電源VCC上。電阻R的值必須同傳輸線的特征阻抗Z0匹配，以消除信號(hào)的反射。如果R同傳輸線的特征阻抗Z0匹配，不論匹配電壓的值如何，終端匹配電阻將吸收形成信號(hào)反射的能量。并聯(lián)電阻接到電源VCC可以提高驅(qū)動(dòng)能力、接到地則可以提高電流的吸收能力。 并聯(lián)電阻匹配的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)和應(yīng)用簡(jiǎn)便易行，在電路末端僅需要一個(gè)額外的元器件；缺點(diǎn)在于終端并聯(lián)電阻會(huì)帶來(lái)直流功率消耗。另外并聯(lián)電阻匹配也會(huì)使信號(hào)的邏輯高輸出電平的情況退化、從而降低了接收器對(duì)噪聲的免疫能力。
對(duì)長(zhǎng)走線進(jìn)行并聯(lián)電阻匹配后仿真波形如下，供參考： 
1.3戴維南匹配 戴維南電路匹配技術(shù)也叫做雙電阻匹配技術(shù)，通常用于終端（接收端）。 采用兩個(gè)電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)終端匹配，R1和R2的并聯(lián)組合要求同信號(hào)線的特征阻抗Z0匹配。R1的作用是幫助驅(qū)動(dòng)器更加容易地到達(dá)邏輯高狀態(tài)，這通過(guò)從VCC向負(fù)載注入電流來(lái)實(shí)現(xiàn)。與此相類似，R2的作用是幫助驅(qū)動(dòng)器更加容易地到達(dá)邏輯低狀態(tài)，這通過(guò)R2向地釋放電流來(lái)實(shí)現(xiàn)。 戴維南電路匹配的優(yōu)勢(shì)在于終端匹配電阻同時(shí)還作為上拉電阻和下拉電阻來(lái)使用，因而提高了系統(tǒng)的噪聲容限。戴維南電路匹配通過(guò)向負(fù)載提供額外的電流從而有效地減輕了驅(qū)動(dòng)器的負(fù)擔(dān)，同時(shí)還可以有效地抑制信號(hào)過(guò)沖。 戴維南電路匹配的一個(gè)缺點(diǎn)是無(wú)論邏輯狀態(tài)是高還是低，在VCC到地之間都會(huì)有一個(gè)常量的直流電流存在，因而會(huì)導(dǎo)致終端匹配電阻中有靜態(tài)的直流功耗。 這種終端匹配技術(shù)同樣也要求兩個(gè)匹配電阻之間存在一定的比例關(guān)系，同時(shí)也存在額外的到電源和地的線路連接。負(fù)載電容和電阻（Z0、R1和R2的并聯(lián)組合）會(huì)對(duì)信號(hào)的上升時(shí)間產(chǎn)生影響，提升驅(qū)動(dòng)器的輸出電壓。
對(duì)長(zhǎng)走線進(jìn)行戴維南終端匹配后仿真波形如下，供參考：
1.4 AC匹配 AC匹配也可稱為RC終端匹配技術(shù)，由一個(gè)電阻R和一個(gè)電容C組成，電阻R和電容C連接在傳輸線的負(fù)載端。 電阻R的值必須同傳輸線的特征阻抗Z0的值匹配才能消除信號(hào)的反射，電容值的選擇要注意與R值的配合、要確保RC時(shí)間常數(shù)大于該傳輸線負(fù)載延時(shí)的兩倍。終端匹配元器件上的功率消耗是頻率、信號(hào)占空比、以及過(guò)去數(shù)據(jù)位模式的函數(shù)。所有這些因素都將影響終端匹配電容的充電和放電特性，從而影響功率消耗。 AC匹配的優(yōu)勢(shì)在于終端匹配電容阻隔了直流通路，因此節(jié)省了可觀的功率消耗，同時(shí)恰當(dāng)?shù)剡x取匹配電容的值，可以確保負(fù)載端的信號(hào)波形接近理想的方波，同時(shí)信號(hào)的過(guò)沖與下沖又都很小。 AC終端匹配技術(shù)的缺點(diǎn)是信號(hào)線上的數(shù)據(jù)可能出現(xiàn)時(shí)間上的抖動(dòng)，這主要取決于在此之前的數(shù)據(jù)位模式。
對(duì)長(zhǎng)走線進(jìn)行RC終端匹配后仿真波形如下，供參考：
1.5 肖特基二極管匹配 肖特基二極管匹配也稱之為二極管終端匹配技術(shù)，由兩個(gè)肖特基二極管組成。傳輸線末端任何的信號(hào)反射，如果導(dǎo)致接收器輸入端上的電壓超過(guò)VCC和二極管的正向偏值電壓，該二極管就會(huì)正向?qū)ㄟB接到VCC上。該二極管導(dǎo)通從而將信號(hào)的過(guò)沖箝位到VCC和二極管的閾值電壓的和上。 同樣連接到地上的二極管也可以將信號(hào)的下沖限制在二極管的正向偏置電壓上。然而該二極管不會(huì)吸收任何的能量，而僅僅只是將能量導(dǎo)向電源或者是地。這種工作方式的結(jié)果是，傳輸線上就會(huì)出現(xiàn)多次的信號(hào)反射。信號(hào)的反射會(huì)逐漸衰減，主要是因?yàn)槟芰繒?huì)通過(guò)二極管在電源和地之間實(shí)現(xiàn)能量的交換，以及傳輸線上的電阻性損耗。能量的損耗限制了信號(hào)反射的幅度，確保信號(hào)的完整性。 不同于傳統(tǒng)的終端匹配技術(shù)，肖特基二極管終端匹配技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是無(wú)須考慮真正意義上的匹配。所以，當(dāng)傳輸線的特征阻抗Z0不清楚時(shí)，比較適合采用這種終端匹配技術(shù)。同時(shí)，在肖特基二極管上的動(dòng)態(tài)導(dǎo)通電阻上消耗的功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于任何電阻類型終端匹配技術(shù)的功率消耗。事實(shí)上，反射功率的一部分會(huì)通過(guò)正向偏置的二極管反饋回到VCC或者地，同樣也可以在傳輸線上任何可能引發(fā)信號(hào)反射的位置加入肖特基二極管。二極管終端匹配技術(shù)的缺點(diǎn)是多次信號(hào)反射的存在可能會(huì)影響后續(xù)信號(hào)的行為。
2. 多負(fù)載拓?fù)潆娐返钠ヅ湓O(shè)計(jì) 在實(shí)際電路中常常會(huì)遇到多負(fù)載拓?fù)?a href="http://m.54549.cn/keyword/總線" target="_blank" class="relatedlink">總線電路結(jié)構(gòu)，這時(shí)需要根據(jù)負(fù)載情況及電路的布線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)確定端接方式和使用端接的數(shù)量。一般情況下可以考慮以下兩種方案。 如果多個(gè)負(fù)載之間的距離較近，可通過(guò)一條傳輸線與驅(qū)動(dòng)端連接，負(fù)載都位于這條傳輸線的終端，這時(shí)只需要一個(gè)端接電路。如采用串行電阻匹配，則在傳輸線源端按照阻抗匹配加入一串行電阻即可；如采用并行端接（以簡(jiǎn)單并行端接為例），則端接應(yīng)置于離源端距離最遠(yuǎn)的負(fù)載處，同時(shí)，線網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)應(yīng)優(yōu)先采用菊花鏈的連接方式，如下圖所示：
如果多個(gè)負(fù)載之間的距離較遠(yuǎn)，需要通過(guò)多條傳輸線與驅(qū)動(dòng)端連接，這時(shí)每個(gè)負(fù)載都需要一個(gè)端接電路。如采用串行端接，則在傳輸線源端每條傳輸線上均加入一串行電阻；如采用并行端接（以簡(jiǎn)單并行端接為例），則應(yīng)在每一負(fù)載處都進(jìn)行端接，下圖所示：
多負(fù)載拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電路的匹配設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，是否采用遠(yuǎn)端串聯(lián)電阻還需要考慮信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力和反射情況，根據(jù)具體PCB走線拓?fù)涞那闆r，需要對(duì)終端并聯(lián)匹配電阻的阻值進(jìn)行選擇，這通常通過(guò)電路信號(hào)仿真工具來(lái)進(jìn)行。 在仿真工具中，搭建電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，仿真工具支持參數(shù)掃描模式，通過(guò)多種參數(shù)組合仿真、在其中選擇最優(yōu)的匹配設(shè)計(jì)方案。 |
