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B005:驱动器输出阻抗与串联端接电阻(1)

时间:2013-09-03      浏览次数:

串联端接中,对于端接电阻的选择,很多资料都会有这样的论述:端接电阻值加上驱动器输出阻抗等于传输线特性阻抗。似乎很简单,但是问题在于,驱动器的输出阻抗到底是什么情况?很多人都会问,输出阻抗多大啊?芯片资料上也没有给这个参数啊,怎么确定到底是多少?今天我们就来聊聊输出阻抗问题。

这里首先需要打破一个思维惯性。谈到输出阻抗大小,很多人潜意识中习惯性的认为这个值应该是固定的。毕竟多数人不喜欢不确定的东西,但是很遗憾,通常情况下驱动器的输出阻抗恰恰是这种不确定东西。很烦人是么,不过别气馁,情况还没有那么糟。

我们先来看看推拉输出的结构,下面左图是典型CMOS驱动器输出Buffer结构驱动传输线时的情况,上拉和下拉的MOS管不同,其特性也不同。右图是MOS管工作特性曲线示意图。

如果驱动器稳定的输出高电平,那么此时PMOS打开,NMOS关闭。有一个稳定的电流流过PMOS管,那么此时只要知道PMOS管上的电压就能够得到稳态情况下的输出阻抗。因为这个阻抗是在稳态下得到的,我们称之为Zdc,即直流输出阻抗。直流输出阻抗使很容易确定的,典型情况下,PCB板上传输线为50欧姆阻抗控制,相当于驱动器驱动一个50欧姆负载,很容易联想到MOS管的直流工作点问题。此时的直流工作点就是50欧姆负载线和MOS管工作特性曲线的交点,对应的电压电流比值就是Zdc。下图是求直流输出阻抗的原理图。

对于直流输出阻抗,应该注意一个问题,上拉下拉MOS管不同,直流输出阻抗也不同,也就是说驱动器在输出高电平和输出低电平时,表现出的阻抗特性是不一样的。对于端接来说是一个很恼人的特性。不过没办法,我们只能接受并想办法对付它。另外还有一个不确定的因素,驱动器不同工作环境或条件下,他的输出阻抗也不同,一般IBIS模型中都会给出三种情况下的曲线:min、type、max。曲线不同得到的Zdc也不同。

噢,好麻烦啊,单单一个稳态情况就这么多事!

还有更麻烦的!

走线上的信号是不断变化的,这种变化的信号(比如边沿的跃变)本质上是交流的,交流信号到达驱动器(比如反射回来的信号到达驱动端)感受到的还是直流输出阻抗么?很确定,不是!交流输出阻抗应该是电压变化量除以电流变化量,也就是说应该用直流工作点的切线斜率表示,下图能清楚的看到两种阻抗的不同,我们把管子的这种瞬态情况下的阻抗表示为Zac。

交流输出阻抗Zac比直流输出阻抗Zdc要大,直流工作点不同,差别也不同。交流输出阻抗可能Zac会达到上百欧姆。下图是某驱动器直流工作点不同时,交流输出阻抗Zac和直流输出阻抗Zdc的情况。

看到这,相信你头脑中一定会有一大堆问号了:这么多不确定的东西,怎么选端接电阻啊?交流输出阻抗要是比传输线阻抗还高,端接还有用么?你说交流输出阻抗大,为什么加上端接电阻波形就能改善呢,这不矛盾么?希望读完这片文章后自己思考一下,后续文章中我们还要进一步探讨这个问题。

 

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