在一些線路中會串聯電阻,那么這個電阻的作用到底是什么?什么時候需要串聯電阻?
首先高速信號線中才考慮使用這樣的電阻。在低頻情況下,一般是直接連接。這個電阻有兩個作用:
第一是阻抗匹配。因為信號源的阻抗很低,跟信號線之間阻抗不匹配,串上一個電阻后,可改善匹配情況,以減少反射,避免振蕩等。
可以減少信號邊沿的陡峭程度,從而減少高頻噪聲以及過沖等。因為串聯的電阻,跟信號線的分布電容以及負載的輸入電容等形成一個RC電路,這樣就會降低信號邊沿的陡峭程度。大家知道,如果一個信號的邊沿非常陡峭,含有大量的高頻成分,將會輻射干擾,另外,也容易產生過沖。
Cadence SigXplorer主要用于設計和驗證PCB中的高速信號傳輸線路,以確保信號的可靠性和穩定性。本次我們使用SigXplorer進行仿真說明串聯的電阻的作用。
搭建以下模型:
其中電阻我們選擇了0~150Ω,當串聯的電阻阻值從0Ω到150Ω變化時,信號的反射也會相應變化,接收端的信號波形如下圖所示。
從波形圖可見串聯端接電阻的大小會影響信號的上升沿,當串聯電阻變大時,信號的上升沿變緩。但是為什么信號的上升沿會變緩了呢?我們來梳理一下,整條鏈路有發送端、串阻、傳輸線、接收端,變化量是串阻的阻值,現象是上升沿變緩。有什么原理即跟R有關,又會導致上升沿變緩呢,最先想到的肯定就是RC濾波器。一階RC濾波器是典型低通濾波器。串聯電阻與傳輸線的等效電容、接收器的輸入電容組成了RC濾波器,限制了信號的帶寬。其影響信號帶寬的原因是:R與C組成RC充電電路,電容兩端的電壓變化Vc=Vs×(1-e^(-1/τ t) ),其中τ=RC,是時間常數,當時間常數越大時,電容兩端的電壓變化越慢,信號邊沿越緩。
這個電阻值又該如何選擇呢?通常CVBS視頻信號線,75歐姆;MIPI、LVDS信號線,100歐姆;USB信號線,90歐姆;4.2G/3G/4G/WIFI天線,50歐姆;DDR,50歐姆。但是對很多電路這個電阻值是不固定的,視電路具體情況而定。
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