高速電路中的電阻端接作用主要包括確保信號(hào)完整性、減少反射和串?dāng)_?。在高速電路設(shè)計(jì)中，信號(hào)傳輸速度非?？欤杩共贿B續(xù)性問題更加嚴(yán)重。當(dāng)信號(hào)在傳輸過程中遇到阻抗突變時(shí)，部分信號(hào)能量會(huì)反射回源端，引起信號(hào)的上沖和下沖，甚至產(chǎn)生振鈴現(xiàn)象，嚴(yán)重影響信號(hào)質(zhì)量?。為了解決這些問題，電阻端接技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

電阻端接的主要類型及其作用

?串聯(lián)端接?：在信號(hào)源端串聯(lián)一個(gè)電阻，使源端反射系數(shù)為零，抑制反射信號(hào)。適用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)布線拓?fù)浜托〕叽绲木W(wǎng)絡(luò)走線。串聯(lián)端接的優(yōu)點(diǎn)是功耗小，不會(huì)給驅(qū)動(dòng)器帶來額外的直流負(fù)載，缺點(diǎn)是會(huì)影響信號(hào)的上升時(shí)間?。

?并聯(lián)端接?：在接收端并聯(lián)一個(gè)電阻到地或電源，電阻值等于傳輸線特征阻抗。適用于接收端輸入阻抗較大的情況。并聯(lián)端接簡單易行，但會(huì)消耗直流功率?。

?戴維寧端接?：采用上拉電阻和下拉電阻共同組成端接電路，等效阻抗等于傳輸線特征阻抗。適用于總線、高速背板設(shè)計(jì)等，能夠完全吸收反射波，但直流功耗較大?25。

?RC網(wǎng)絡(luò)端接?：在并聯(lián)端接的基礎(chǔ)上增加一個(gè)電容，形成RC網(wǎng)絡(luò)。電容阻隔直流，允許高頻能量通過，起低通濾波器作用。適用于需要良好信號(hào)質(zhì)量但可接受一定邊沿速率降低的場合?。

?二極管端接?：使用肖特基二極管在傳輸線末端與電源或地之間，不試圖匹配傳輸線阻抗，但在電壓過沖時(shí)穩(wěn)定電壓。適用于預(yù)防電壓過沖，可與其他端接方式配合使用?。

電阻端接的核心作用之一是匹配阻抗，消除信號(hào)反射。在高速信號(hào)傳輸過程中，當(dāng)信號(hào)沿著傳輸線前行，遇到阻抗不匹配的情況，如傳輸線與負(fù)載、傳輸線與芯片引腳之間的阻抗差異，就如同光線在不同介質(zhì)界面發(fā)生反射一樣，信號(hào)會(huì)產(chǎn)生反射波。這些反射波會(huì)與原始信號(hào)疊加，導(dǎo)致信號(hào)失真，出現(xiàn)過沖、下沖等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響信號(hào)質(zhì)量。

而通過合理設(shè)置電阻端接，能夠調(diào)整傳輸線末端的阻抗，使其與傳輸線特性阻抗相匹配，遵循阻抗匹配原則，即(為負(fù)載阻抗，為傳輸線特性阻抗)，從而讓信號(hào)能夠順暢地 “流入” 負(fù)載，不再產(chǎn)生反射。例如，在計(jì)算機(jī)的高速內(nèi)存總線電路中，數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)數(shù) Gbps，若沒有合適的電阻端接，信號(hào)反射將使數(shù)據(jù)出錯(cuò)，導(dǎo)致系統(tǒng)死機(jī)或運(yùn)行不穩(wěn)定，而精確設(shè)置的端接電阻可確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤地在內(nèi)存與處理器之間傳輸。

電阻端接有助于控制信號(hào)的邊沿速率。高速電路中的信號(hào)邊沿變化極為迅速，過快的邊沿速率可能引發(fā)一系列問題，如電磁干擾(EMI)加劇。由于快速變化的電場和磁場會(huì)向周圍空間輻射能量，干擾其他電路;同時(shí)，還可能導(dǎo)致串?dāng)_問題加重，相鄰傳輸線之間因電磁場耦合而相互影響。電阻端接可以通過對(duì)電流的限制，適當(dāng)減緩信號(hào)邊沿的上升和下降速率，在不影響信號(hào)正常傳輸?shù)那疤嵯?，降? EMI 和串?dāng)_的風(fēng)險(xiǎn)。比如，在高速通信設(shè)備的射頻前端電路中，控制信號(hào)邊沿速率能夠減少對(duì)周圍敏感射頻電路的干擾，保障通信質(zhì)量。

電阻端接能增強(qiáng)電路的抗噪聲能力。高速電路所處的電磁環(huán)境往往十分復(fù)雜，外界噪聲源眾多，如其他高速電路產(chǎn)生的輻射、電源噪聲等。合理的電阻端接可以為噪聲電流提供一條旁路通道，使其流入地平面，避免噪聲干擾正常信號(hào)傳輸。特別是在一些對(duì)噪聲敏感的高速模擬電路中，如高精度的音頻采集電路，即使是微小的噪聲混入，都會(huì)嚴(yán)重影響采集到的音頻質(zhì)量，而端接電阻與去耦電容配合，能有效濾除噪聲，還原純凈的音頻信號(hào)。

此外，電阻端接還在一定程度上有助于穩(wěn)定電路的直流工作點(diǎn)。在一些包含有源器件(如晶體管)的高速電路中，穩(wěn)定的直流工作點(diǎn)是器件正常工作的基礎(chǔ)。端接電阻可以參與到偏置電路中，與其他元件協(xié)同作用，為有源器件提供合適的偏置電流和電壓，確保其工作在最佳狀態(tài)，避免因工作點(diǎn)漂移導(dǎo)致電路性能惡化。

一般來說，高速電路中的信號(hào)傳輸速度非?？?，相比其他電路，阻抗不連續(xù)性問題更加嚴(yán)重，當(dāng)信號(hào)在傳輸過程中遇到阻抗突變是，信號(hào)的部分能量將反射回源端，引起信號(hào)的上沖和下沖，甚至產(chǎn)生振鈴現(xiàn)象，嚴(yán)重降低信號(hào)的質(zhì)量。

因此，電阻端接技術(shù)誕生了，通過在電路的輸入和輸出端添加適當(dāng)?shù)碾娮?，可使得信?hào)在傳輸過程中的阻抗連續(xù)，從而避免信號(hào)反射和失真現(xiàn)象的發(fā)生。

電阻端接技術(shù)主要分為串聯(lián)端接和并聯(lián)端接，前者是通過在線路中串聯(lián)一個(gè)電阻來改變線路的阻抗，從而使得整體阻抗連續(xù);后者是通過在信號(hào)源和負(fù)載之間并聯(lián)一個(gè)電阻來達(dá)到阻抗匹配的效果。

在實(shí)際應(yīng)用中，工程師需要根據(jù)具體電路的情況來選擇合適的電阻值和端接方式，同時(shí)也要考慮電阻的散熱問題、及端接電阻對(duì)整個(gè)電路性能的影響。

1、串聯(lián)端接

①特點(diǎn)

在源端串聯(lián)一個(gè)電阻RS，使源端反射系數(shù)為零，抑制反射信號(hào)。

電阻值通常選擇在15～75Ω，常見選擇為33Ω。

②適用場景

點(diǎn)對(duì)點(diǎn)布線拓?fù)洹?

適用于相對(duì)于時(shí)鐘頻率為小尺寸的網(wǎng)絡(luò)走線。

③關(guān)鍵參數(shù)

串聯(lián)電阻值 RS = ZO - Zs(其中ZO為傳輸線阻抗，Zs為源端輸出阻抗)。

2、并聯(lián)端接

①特點(diǎn)

在接收端并聯(lián)一個(gè)電阻到地或電源，電阻值等于傳輸線特征阻抗。

簡單易行，但消耗直流功率。

②適用場景

接收端輸入阻抗較大時(shí)。

③關(guān)鍵參數(shù)

并聯(lián)電阻值Pp = Zo。

3、戴維寧端接

①特點(diǎn)

采用上拉電阻Rpl和下拉電阻Rp2共同組成端接電路，等效阻抗等于傳輸線特征阻抗。

可完全吸收反射波，適用于總線、高速背板設(shè)計(jì)等。

②適用場景

總線使用、高速背板設(shè)計(jì)、長傳輸線及大負(fù)載應(yīng)用。

③關(guān)鍵參數(shù)

Rp1和Rp2的阻值需根據(jù)邏輯電平變換點(diǎn)調(diào)整，確保等效阻抗匹配Zo。

4、RC網(wǎng)絡(luò)端接

①特點(diǎn)

在并聯(lián)端接的基礎(chǔ)上增加一顆電容，形成RC網(wǎng)絡(luò)。

電容阻隔直流，允許高頻能量通過，起低通濾波器作用。

②適用場景

需要良好信號(hào)質(zhì)量但可接受一定邊沿速率降低的場合。

③關(guān)鍵參數(shù)

端接電阻 Rp = Zo。

電容Cp選擇需滿足 RpCp > 2TD(TD為傳播延時(shí))。

5、二極管端接

①特點(diǎn)

使用肖特基二極管傳戒在傳輸線末端與電源或地之間，不試圖匹配傳輸線阻抗，但在電壓過沖時(shí)穩(wěn)定電壓。

②適用場景

適用于預(yù)防電壓過沖，可與其他端接方式配合使用。

③關(guān)鍵參數(shù)

肖特基二極管的正向?qū)妷旱?，適合高速應(yīng)用。

減少信號(hào)反射

在高速信號(hào)傳輸中，當(dāng)信號(hào)在傳輸線上傳播時(shí)，如果終端沒有適當(dāng)?shù)淖杩蛊ヅ?，信?hào)會(huì)在傳輸線的末端產(chǎn)生反射。這種反射會(huì)導(dǎo)致信號(hào)失真，影響通信質(zhì)量。通過添加終端電阻，并與傳輸線的特性阻抗相匹配，可以有效地減少或消除這種信號(hào)反射，保證信號(hào)的穩(wěn)定傳輸。

提高電路穩(wěn)定性

除了減少信號(hào)反射外，終端電阻還可以提高電路的穩(wěn)定性。在電路中，如果電流或電壓發(fā)生突變，可能會(huì)導(dǎo)致電路的不穩(wěn)定。而適當(dāng)選擇的終端電阻可以平滑這些突變，保持電路的穩(wěn)定運(yùn)行。

終端電阻的應(yīng)用

在實(shí)際應(yīng)用中，終端電阻被廣泛應(yīng)用于各種高速通信和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中。例如，在以太網(wǎng)、USB、HDMI等接口中，都會(huì)使用到終端電阻來進(jìn)行阻抗匹配和減少信號(hào)反射。此外，在模擬電路中，終端電阻也常被用來調(diào)整電路的工作狀態(tài)和性能。