高速传输接口串联小电阻(过冲问题)_第1页
高速传输接口串联小电阻(过冲问题)_第2页
高速传输接口串联小电阻(过冲问题)_第3页
高速传输接口串联小电阻(过冲问题)_第4页
全文预览已结束

下载本文档

版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领

文档简介

1、阻抗匹配是指信号源或者传输线跟负载之间的一种合适的搭配方式。阻抗匹配分为低频和高频两种情况讨论。我们先从直流电压源驱动一个负载入手。由于实际的电压源,总是有内阻的(请参看输出阻抗一问),我们可以把一个实际电压源,等效成一个理想的电压源跟一个电阻r串联的模型。假设负载电阻为R,电源电动势为U,内阻为r,那么我们可以计算出流过电阻R的电流为:I=U/(R+r),可以看出,负载电阻R越小,则输出电流越大。负载R上的电压为:Uo=IR=U/1+(r/R),可以看出,负载电阻R越大,则车出电压Uo越高。再来计算一下电阻R消耗的功率为:P=I2>R=U/(R+r)2XR=U2>R/(R2+2X

2、RXr+r2)=U2XR/(R-r)2+4XRXr=U2/(R-r)2/R+4M对于一个给定的信号源,其内阻r是固定的,而负载电阻R则是由我们来选择的。注意式中(R-r)2/R,当R=r时,(R-r)2/R可取得最小值0,这时负载电阻R上可获得最大输出功率Pmax=U2/(4如即,当负载电阻跟信号源内阻相等时,负载可获得最大输出功率,这就是我们常说的阻抗匹配之一。对于纯电阻电路,此结论同样适用于低频电路及高频电路。当交流电路中含有容性或感性阻抗时,结论有所改变,就是需要信号源与负载阻抗的的实部相等,虚部互为相反数,这叫做共扼匹配。在低频电路中,我们一般不考虑传输线的匹配问题,只考虑信号源跟负载

3、之间的情况,因为低频信号的波长相对于传输线来说很长,传输线可以看成是“短线”,反射可以不考虑(可以这么理解:因为线短,即使反射回来,跟原信号还是一样的)。从以上分析我们可以得出结论:如果我们需要输出电流大,则选择小的负载R;如果我们需要输出电压大,则选择大的负载R;如果我们需要输出功率最大,则选择跟信号源内阻匹配的电阻Ro有时阻抗不匹配还有另外一层意思,例如一些仪器输出端是在特定的负载条件下设计的,如果负载条件改变了,则可能达不到原来的性能,这时我们也会叫做阻抗失配。在高频电路中,我们还必须考虑反射的问题。当信号的频率很高时,则信号的波长就很短,当波长短得跟传输线长度可以比拟时,反射信号叠加在

4、原信号上将会改变原信号的形状。如果传输线的特征阻抗跟负载阻抗不相等(即不匹配)时,在负载端就会产生反射。为什么阻抗不匹配时会产生反射以及特征阻抗的求解方法,牵涉到二阶偏微分方程的求解,在这里我们不细说了,有兴趣的可参看电磁场与微波方面书籍中的传输线理论。传输线的特征阻抗(也叫做特性阻抗)是由传输线的结构以及材料决定的,而与传输线的长度,以及信号的幅度、频率等均无关。例如,常用的闭路电视同轴电缆特性阻抗为75Q,而一些射频设备上则常用特征阻抗为50Q的同轴电缆。另外还有一种常见的传输线是特性阻抗为300Q的扁平平行线,这在农村使用的电视天线架上比较常见,用来做八木天线的馈线。因为电视机的射频输入

5、端输入阻抗为75Q,所以300Q的馈线将与其不能匹配。实际中是如何解决这个问题的呢?不知道大家有没有留意到,电视机的附件中,有一个300Q到75Q的阻抗转换器(一个塑料封装的,一端有一个圆形的插头的那个东东,大概有两个大拇指那么大)。它里面其实就是一个传输线变压器,将300Q的阻抗,变换成75Q的,这样就可以匹配起来了。这里需要强调一点的是,特性阻抗跟我们通常理解的电阻不是一个概念,它与传输线的长度无关,也不能通过使用欧姆表来测量。为了不产生反射,负载阻抗跟传输线的特征阻抗应该相等,这就是传输线的阻抗匹配。如果阻抗不匹配会有什么不良后果呢?如果不匹配,则会形成反射,能量传递不过去,降低效率;会

6、在传输线上形成驻波(简单的理解,就是有些地方信号强,有些地方信号弱),导致传输线的有效功率容量降低;功率发射不出去,甚至会损坏发射设备。如果是电路板上的高速信号线与负载阻抗不匹配时,会产生震荡,辐射干扰等。当阻抗不匹配时,有哪些办法让它匹配呢?第一,可以考虑使用变压器来做阻抗转换,就像上面所说的电视机中的那个例子那样。第二,可以考虑使用串联/并联电容或电感的办法,这在调试射频电路时常使用。第三,可以考虑使用申联/并联电阻的办法。一些驱动器的阻抗比较低,可以串联一个合适的电阻来跟传输线匹配,例如高速信号线,有时会串联一个几十欧的电阻。而一些接收器的输入阻抗则比较高,可以使用并联电阻的方法,来跟传

7、输线匹配,例如,485总线接收器,常在数据线终端并联120欧的匹配电阻。为了帮助大家理解阻抗不匹配时的反射问题,我来举两个例子:假设你在练习拳击一一打沙包。如果是一个重量合适的、硬度合适的沙包,你打上去会感觉很舒服。但是,如果哪一天我把沙包做了手脚,例如,里面换成了铁沙,你还是用以前的力打上去,你的手可能就会受不了了一一这就是负载过重的情况,会产生很大的反弹力。相反,如果我把里面换成了很轻很轻的东西,你一出拳,则可能会扑空,手也可能会受不了一一这就是负载过轻的情况。另一个例子,不知道大家有没有过这样的经历:就是看不清楼梯时上/下楼梯,当你以为还有楼梯时,就会出现“负载不匹配”这样的感觉了。当然

8、,也许这样的例子不太恰当,但我们可以拿它来理解负载不匹配时的反射情况。这个电阻有两个作用,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(关于阻抗匹配,请参看“如何理解阻抗匹配一问"user1/2198/archives/2006/11024.ht叫),串上一个电阻后,可改善匹配情况,以减少反射,避免振荡等。第二是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。通常,

9、在高速信号线中才考虑使用这样的电阻。在低频情况下,一般是直接连接高速数字电路中,经常看到在两个芯片的引脚之间串连一个电阻,是为了避免信号产生振铃(即信号的上升或下降沿附近的跳动)。原理是该电阻消耗了振铃功率,也可以认为它降低了传输线路的Q值。通常在数字电路设计中要真正做到阻抗匹配是比较困难的,原因有二:1、实际的印制板上连线的阻抗受到面积等设计方面的限制;2、数字电路的输入阻抗和输出阻抗不象模拟电路那样基本固定,而是一个非线性的东西。实际设计时,我们常用22到33欧姆的电阻,实践证明,在此范围内的电阻能够较好地抑制振铃。但是事物总是两面的,该电阻在抑制振铃的同时,也使得信号延时增加,所以通常只

10、用在频率几兆到几十兆赫兹的场合。频率过低无此必要,而频率过高则此法的延时会严重影响信号传输。另外,该电阻也往往只用在对信号完整性要求比较高的信号线上,例如读写线等,而对于一般的地址线和数据线,由于芯片设计总有一个稳定时间和保持时间,所以即使有点振铃,只要真正发生读写的时刻已经在振铃以后,就无甚大影响。关于RS232/RS485转换器,是老生长谈,收索了一些资料和贴子,感觉有一些问题,其实不是什么高科技,本人最后耐心的做了几款,总结如下:1、一是供电的问题,也牵涉到有源和无源的问题。先说无源的,用谷歌图片搜索,大部分原理图雷同,不适用,因为直接从串口取的是正极性电压,主要来自DTR、RTS两根线

11、,但是对的软件来说,打开并使用串口时并不设置这两跟线,也就是说,这两根线默认为负极性电压输出,无法使用。这些图片热火朝天的有图有真相,其实只能局限于自己的串口调试程序。另外,如果应用电路只用RXD,TXD,GND,这三根线的话,正极性取点电路根本就没法加电,而实际这种情况不少。再说有源和无源的区别问题,看了有些贴子说,有源的防雷能力或防止电脉冲能力一定比无源的强,我不知这是什么理论。据我的理解,防雷保护的关键是减弱来自485线路的电荷冲击,或者说减弱RS485端的电荷向RS232端的电荷对电路敏感器件如(MAX485)的冲击。MAX485有两根线需要输出到485总线,且其为集成IC,是受保护的

12、关键对象。怎么保护呢?在非隔离的应用中,只可能有如下方法:(1)总线的A、B脚对地加TVS管(2)MAX485的A、B到总线的A、B脚之间串联小20欧姆左右的小电阻,其对信号的衰减小,对冲击电荷的衰减却意义重大。同时也促使冲击电荷提前从TVS短路到地(3)电路板上的地线保持足够的宽度(4)优化电源地和信号地的走线(5)必要时在MAX485的A、B与总线A、B脚之间串联共模滤波器2、关于通信,关键在于收发切换的问题。有些转换器没有专门的切换电路,RS232高电压来了,就当发送有效信号,MAX485输出有效;但是RS232低电压时,发送无效,但是此时低电压可能不是空闲位而是数据位,那么输出怎么办呢

13、,这些转换器就通过设置的A、B脚上、下拉电阻来实现。电阻不能太小,因而驱动能力很弱。若线路过长,寄生电容大,如200米普通3芯线电源电缆的电容达30nF,通信速率明显不能上去。针对以上问题,本人的设计如下:离子风端口保护器工作室之一无源、准隔离、对称驱动的RS-232转RS-485一般的转换器没有方向切换电路,则其485正电平的输出依靠的是其A、B的偏置电阻,这样驱动能力大大受限。因此这里增加了方向切换电路,是的A、B输出驱动对称。其二采用74HC14做电荷泵电源器件,完成负压转正亚,相对广为应用的ICL7660成本略低,但是输出整流管多出一个,效率偏低,故推荐使用ICL7660,相关电路如有需要,我们将继续上传。第三

温馨提示

  • 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
  • 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
  • 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
  • 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
  • 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
  • 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
  • 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。

评论

0/150

提交评论