信号完整性B006：驱动器输出阻抗与串联端接电阻（2）

易阳

        在前文《驱动器输出阻抗与串联端接电阻（1）》中我们提到以下几个不确定性：

•                 高电平输出和低电平输出的直流输出阻抗不同。
•                 不同工作条件下（min、type、max）直流输出阻抗不同。
•                 交流输出阻抗Zac和直流输出阻抗Zdc不同。
  

        同时也引出了几个疑问：

•                 交流输出阻抗要是比传输线阻抗还高，端接还有用么？
•                 交流输出阻抗大，为什么加上端接电阻波形就能改善呢，这不矛盾么？
•                 这么多不确定的东西，怎么选端接电阻啊？
  

        接下来我们就来解决这些疑问。要想搞清楚这些问题，必须明白交流输出阻抗Zac和直流输出阻抗Zdc所起的作用（对信号的影响）。

        直流输出阻抗Zdc决定了加载到传输线上的信号幅度（分压关系）。如果直流输出阻抗小于50欧姆，加载到传输线上的信号幅度大于满幅度的一半，末端反射后，最高电平高于理想信号的最大幅度，这就形成上冲。如果直流输出阻抗等于50欧姆，加载到传输线上的信号幅度刚好等于满幅度的一半，末端反射后，最高电平刚好等于理想信号的最大幅度，接受波形质量较好。如果直流输出阻抗大于50欧姆，加载到传输线上的信号幅度小于满幅度的一半，末端反射后，最高电平达不到理想信号的最大幅度，接受波形上升沿结束后会形成一个台阶，然后经过一段时间才过度到满幅度。直流输出阻抗决定了波形的整体特征。

        交流输出阻抗Zac决定了末端反射回来的信号到达驱动端后，再次发生反射时的反射量。也就是说决定反射大小的是交流输出阻抗而不是直流输出阻抗。端接也应该按照交流输出阻抗Zac来端接。从这也可以看出，交流输出阻抗决定了波形的细节特征。

        前文提到了，交流输出阻抗比较大，那端接是否有用？这要看交流输出阻抗能大到什么程度，以及驱动器管子的直流工作点在哪。随着直流工作点变化，直流输出阻抗Zdc 变化不大，但交流输出阻抗变化却很大。但是在直流工作点较低的时候，这两个输出阻抗相对来说还是比较接近。下图是某驱动器两种输出阻抗的在直流工作点电压较低范围内的比较。对这个驱动器，直流工作在1.5V一下，两种阻抗也就差几个欧姆，影响不大。但是直流工作点电压升高时，差别急剧增大。

       

        目前很多驱动器直流输出阻抗都在十几欧姆到二十几欧姆这个范围内。只要驱动器不过载，通常两种阻抗差别不大。当然如果你非要让驱动器输出很大的电流，小马拉大车，那就是另一回事是了。我相信你也不希望自己精心设计的电路板出现绚丽的火光和烟雾。了解了这些，第二个疑问应该可以解决了，通常情况下端接电阻确实有用，能在一定程度上抑制反射。再看第一个疑问，如果交流输出阻抗高于传输线阻抗，这时直流输出阻抗也会高于传输线阻抗，端接电阻几乎没用了，这种情况确实存在，但是非常罕见，不再一般性问题之列。

        最后一个疑问，怎么选端接电阻。选择端接电阻时候可以参照直流输出阻抗Zdc的范围来定，比如Zdc可能是10欧姆或20欧姆，那端接电阻可以选30欧姆左右的就可以把信号波形管控的很好。端接电阻越大，信号边沿越缓慢，具体愿意参看文章《信号完整性B003：串联端接电阻对信号上升时间的影响》。多大的阻值能接受，还要看具体工程。

        有人会说，绕了一大圈，最后还是该怎么干就怎么干，即使不明白这些也不影响干活啊！可以观察一下，是不是还有人在执着的追求精确的端接，试图完全消除反射。这是很多工程师的一个误区：片面追究解决个别问题。反射不可能完全消除，只能在一定程度上控制。从本文讨论的这个因素也可以得到这样的结论。了解了这些背后的东西，干活的时候才不会犯方向性的错误。

        基础理论对信号完整性设计至关重要，没有基础，无论你仿真软件用的多么熟练，干活的时候也会寸步难行。信号完整性最重要的是设计而不是仿真，仿真的确很重要，但也仅仅是服务于设计的一个手段而已。

        【关键词】信号完整性、高速电路设计、高速PCB设计、端接电阻、输出阻抗

        出处：于博士信号完整性研究网 www.sig007.com。