為什么串阻阻值通常是22到33歐姆，看完后不信你不懂！
發(fā)布時(shí)間：2024-06-04 08:39
在原理圖或者PCB設(shè)計(jì)上通常會(huì)看到很多時(shí)鐘或者各類協(xié)議的數(shù)據(jù)信號(hào)在芯片發(fā)送端會(huì)串接22到 33歐姆的電阻。那不知道大家有沒(méi)有想過(guò)，為什么要選擇這個(gè)范圍的阻值呢？高速先生今天就從技術(shù)原理的角度來(lái)給大家回答下吧！
高速先生成員--黃剛
又是一年的高考季，每當(dāng)這個(gè)時(shí)候，Chris總會(huì)不自覺(jué)的發(fā)出感慨，高考那會(huì)真的是理論知識(shí)的巔峰，拿起筆來(lái)就能寫出各種電路的公式，三下兩除二就能推導(dǎo)出各種物理題目的結(jié)果。
不像現(xiàn)在，工作多年后大多數(shù)情況下只會(huì)用仿真的方式來(lái)得到，對(duì)于各種理論計(jì)算場(chǎng)景都敬而遠(yuǎn)之了！趁著高考的刺激，Chris打算再掙扎下，給大家分享一篇有點(diǎn)理論型的文章哈！
在設(shè)計(jì)上使用串阻的場(chǎng)景大家都見(jiàn)得多了，基本上很多1GHz以下的單端信號(hào)都有可能用到。從信號(hào)類型來(lái)看，像低速點(diǎn)的I2C信號(hào)、local bus信號(hào)到高一點(diǎn)的flash信號(hào)、以太網(wǎng)RGMII信號(hào)，甚至再高一點(diǎn)的DDR1到DDR2的數(shù)據(jù)信號(hào)，都能看到串阻的身影。
以RGMII為例，單根信號(hào)的速率大概是250Mbps，是非常典型的需要加串阻的應(yīng)用場(chǎng)景。那各位硬件工程師或者設(shè)計(jì)工程師，你們印象中的串阻的阻值一般是多少呢，是不是就是22歐姆或者33歐姆呢？不知道大家有沒(méi)有想過(guò)為什么基本就是這兩個(gè)值，或者基本就是在22到33歐姆這個(gè)范圍呢？這里面到底隱藏著什么理論，Chris將給大家仔細(xì)說(shuō)說(shuō)！
首先大家需要知道的是，像上面說(shuō)到的這一類型的信號(hào)，主要的電平標(biāo)準(zhǔn)都八九不離十，就是下面的這些。
不同的電平標(biāo)準(zhǔn)從表現(xiàn)上看就是電平不同，還有就是上升時(shí)間不一樣。我們拿今天要研究的LVCMOS電平為例來(lái)說(shuō)，我們找到一個(gè)具有該電平標(biāo)準(zhǔn)的ibis模型，看看LVCMOS電平的一些
電性能參數(shù)。
上面除了說(shuō)明該電平的電壓標(biāo)準(zhǔn)，閾值范圍外，更重要的其實(shí)記載著該電平的輸入輸出的行為特性，也就是俗稱的V-T曲線。例如我們打開(kāi)與本文強(qiáng)相關(guān)的rising waveform這一項(xiàng)，里面
可以看到它關(guān)于切換電平的特性。
看到這，我相信大家還是沒(méi)弄懂，看這玩意到底跟要解釋在設(shè)計(jì)上加多少歐姆的串阻有什么關(guān)系呢？
Chris不妨先問(wèn)問(wèn)大家，在設(shè)計(jì)上加串阻的作用是什么？這個(gè)大家估計(jì)都比較了解了，就是為了改善源端信號(hào)的反射，詳細(xì)的原理大家可以回顧下這篇文章（鏈接《探討源端串聯(lián)端接》）。
在里面提取到一個(gè)很重要的信息點(diǎn)，那就是我們?cè)谛酒l(fā)送端加的串阻的阻值其實(shí)是為了和芯片的內(nèi)阻加起來(lái)等于50歐姆來(lái)成為最佳的端接方案。那么問(wèn)題又來(lái)了，我們?cè)趺粗佬酒膬?nèi)
阻是多少呢？這也是本文的核心問(wèn)題，我們只有知道了芯片的內(nèi)阻是多少，才能夠去選擇合適的串阻進(jìn)行合理的端接，產(chǎn)生比較好的效果。
Chris今天就教大家如何從ibis模型中計(jì)算出芯片內(nèi)阻！上面說(shuō)了，ibis模型展示給大家是都是V-T曲線、I-T曲線，I-V曲線這些行為級(jí)的參數(shù)，我們只有從這些曲線去推導(dǎo)出該電平輸出buffer
的內(nèi)阻。具體怎么做呢？我們還是看回剛剛的rising waveform曲線，這張圖里面有兩個(gè)關(guān)鍵的點(diǎn)，一個(gè)是紅的圈圈的芯片該buffer的測(cè)試驗(yàn)證環(huán)境，另外就是綠色圈圈的測(cè)試出來(lái)的值（我
們看typical的值）。
這張圖描述的意思是這樣的：測(cè)試環(huán)境是把該輸出buffer接50歐姆電阻到地進(jìn)行輸出測(cè)試，然后去觀測(cè)50歐姆電阻位置的值是2.18V左右，用仿真軟件去搭建就是這個(gè)樣子了。
VIN的值測(cè)試出來(lái)就是2.18V，那么該buffer的內(nèi)阻要怎么計(jì)算呢？其實(shí)原理就是把內(nèi)阻R和50歐姆電阻進(jìn)行分壓，得到VIN是2.18V的過(guò)程。那么Chris大概在紙上算了下，得到的內(nèi)阻就是這
樣的了。
嗯，其實(shí)也不是很難是吧，這個(gè)時(shí)候就推導(dǎo)出了該buffer的內(nèi)阻大概是26歐姆的樣子。其實(shí)你們多找?guī)讉€(gè)不同電平的buffer去算算就會(huì)發(fā)現(xiàn)，內(nèi)阻的范圍大概也在17到30歐姆左右。因此大家
也就知道了為什么我們無(wú)腦用22歐姆到33歐姆也基本能達(dá)到比較好的端接效果了。
那在我們這個(gè)case中，使用這個(gè)電平buffer時(shí)，算出來(lái)的內(nèi)阻是26歐姆左右，那我們就用一個(gè)22歐姆的串阻進(jìn)行端接，加起來(lái)差不多就是50歐姆了，然后在200M的速率下看看加串阻和不加
串阻的仿真結(jié)果對(duì)比！
經(jīng)過(guò)我們理論算出來(lái)的內(nèi)阻，然后再去精確的配上合適的串阻后，大家從結(jié)果是就能看到接收端的波形是非常的理想，裕量大到?jīng)]邊，同時(shí)也能看到不加串阻時(shí)的過(guò)沖導(dǎo)致信號(hào)質(zhì)量的惡化哈！
方法都是人想出來(lái)滴，通過(guò)這個(gè)方法來(lái)精確的進(jìn)行串阻的端接，就能使信號(hào)的裕量更大，不然就只能還是繼續(xù)拍腦袋來(lái)放串阻值了。希望大家都多拿起筆來(lái)寫寫公式，更重要的是要像你們當(dāng)年
高考那會(huì)，繼續(xù)保持著一顆鉆研的心，事實(shí)證明在工作中也還是灰常的有用哦！
問(wèn)題來(lái)了：
回過(guò)頭問(wèn)問(wèn)大家，那你們是怎么來(lái)定選擇多少歐姆的串阻呢，或者你們還知道其他的端接方式嗎？
