在一些线路中会串联电阻,那么这个电阻的作用到底是什么?什么时候需要串联电阻?
首先高速信号线中才考虑使用这样的电阻。在低频情况下,一般是直接连接。这个电阻有两个作用:
1.第一是阻抗匹配。因为信号源的阻抗很低,跟信号线之间阻抗不匹配,串上一个电阻后,可改善匹配情况,以减少反射,避免振荡等。
2.可以减少信号边沿的陡峭程度,从而减少高频噪声以及过冲等。因为串联的电阻,跟信号线的分布电容以及负载的输入电容等形成一个RC电路,这样就会降低信号边沿的陡峭程度。大家知道,如果一个信号的边沿非常陡峭,含有大量的高频成分,将会辐射干扰,另外,也容易产生过冲。
Cadence SigXplorer主要用于设计和验证PCB中的高速信号传输线路,以确保信号的可靠性和稳定性。本次我们使用SigXplorer进行仿真说明串联的电阻的作用。
搭建以下模型:
其中电阻我们选择了0~150Ω,当串联的电阻阻值从0Ω到150Ω变化时,信号的反射也会相应变化,接收端的信号波形如下图所示。
从波形图可见串联端接电阻的大小会影响信号的上升沿,当串联电阻变大时,信号的上升沿变缓。但是为什么信号的上升沿会变缓了呢?我们来梳理一下,整条链路有发送端、串阻、传输线、接收端,变化量是串阻的阻值,现象是上升沿变缓。有什么原理即跟R有关,又会导致上升沿变缓呢,最先想到的肯定就是RC滤波器。一阶RC滤波器是典型低通滤波器。串联电阻与传输线的等效电容、接收器的输入电容组成了RC滤波器,限制了信号的带宽。其影响信号带宽的原因是:R与C组成RC充电电路,电容两端的电压变化Vc=Vs×(1-e^(-1/τ t) ),其中τ=RC,是时间常数,当时间常数越大时,电容两端的电压变化越慢,信号边沿越缓。
这个电阻值又该如何选择呢?通常CVBS视频信号线,75欧姆;MIPI、LVDS信号线,100欧姆;USB信号线,90欧姆;4.2G/3G/4G/WIFI天线,50欧姆;DDR,50欧姆。但是对很多电路这个电阻值是不固定的,视电路具体情况而定。