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为什么SPI信号输出端加22Ω或33Ω电阻?

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发表于 2024-12-3 08:00:00 | 显示全部楼层 |阅读模式

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$ D+ a8 t+ J, t, }; r9 w1 w点击上方蓝色字体,关注我们4 ~, }/ f; a( [: k, |5 K

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6 Z" M) ~. {6 H9 M! I( p  D

( n3 l4 t  S: A, o1
9 n/ }6 Y$ H6 D反射与源端匹配的原理+ o6 N0 J6 Z7 @+ Q
在高速数字信号传输中,当信号的驱动端(如单片机或FPGA)输出到负载端(如传感器)时,会经过PCB上的传输线。2 X( \- i) E& u* [$ @% c

0 M+ ^  k, v  O3 G* ]如果传输线的特性阻抗 Z0与驱动源的输出阻抗 Zd不匹配,会引发信号的反射。
$ o) N; ^% m8 F3 {2 h: m1 \
* G5 `7 z6 l4 Z  u5 ^反射会导致信号波形的失真,造成振铃、过冲等问题,特别是在信号上升沿和下降沿处显著。, s8 [2 w& H% j, v
. N3 p* w) J; ~! V4 D# d, o' [
源端匹配就是通过在驱动端串联一个电阻 R,使得信号源的输出阻抗加上串联电阻达到与传输线阻抗 Z0 匹配,以减少反射。8 S; G# t3 U+ y8 e
5 s8 Q* z4 J' @9 ]$ i; ~) a

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; l- J: v! `/ Z8 \" }

) {0 i  U& W' z, X, f0 L因此,通过在源端串接电阻 R=Z0?Zd,可以优化阻抗匹配,从而有效抑制反射。9 K' q9 q/ h; s. x0 i* A' V  P
% K6 |  v8 D; S# `. j( }1 z
而22Ω或33Ω电阻通常是经验所得的合理数值,适用于多数数字电路。6 _9 G; n5 R. I3 l- \
28 c$ O5 F/ {1 u, Y+ {
数字电路匹配
: R) C7 X2 J( p在射频电路中,通常会使用电感、电容等无源器件进行匹配,这种匹配被称为共轭匹配(conjugate matching)。
* I! F% }1 Z. b, u
* X% ~: L. b7 n2 a  C2 `, v6 b其目的是使信号能量最大化地传输至负载,且往往要求精确的50Ω匹配。* l* m' J, p; S
7 @  @# k* H0 y6 U
然而,数字电路的匹配方式较为简单,目标是抑制反射,而非能量最大传输,因此通常采用电阻来进行源端匹配。% x2 `! I- X' O: `7 ?

8 F" y; t6 y  k电阻匹配的方法不仅简化了设计,也在信号完整性与实际操作成本之间提供了合理的平衡。- x0 a, w% i& r2 i( \
3
' k. T$ i% `7 G( R. @) H
2 }6 m$ c" q% c3 W6 M7 R$ Z为什么选择22Ω或33Ω?
: R( ~1 d6 D6 t) N4 M! [7 l( a4 W. h3 ~' ~4 c: j
实际操作中,数字器件的输出阻抗 Zd往往并不理想,且存在较大的差异性。, C' f/ a7 s( _7 r9 j

: q4 f0 P( T5 M# G1 C$ }例如,甚至同一型号的芯片,其输出阻抗在不同的工作条件下也会有所不同。
# X& H9 t: y5 Q2 G, |2 f" A8 E0 J" m  h% V2 f$ w7 T
论坛和文献中提到的一些理论公式,如Zo = (Vdd-VOH) / IOH以及Zo = VOL/IOL,只能作为一个参考,而非绝对的计算标准。% u! U% K! F+ Z  k5 ?

* k% h3 Y! I; M2 r

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: `' d3 M& _4 I6 Y0 I) G5 `, A9 a; ~
基于经验,22Ω或33Ω的电阻往往可以在大多数情况下减少振铃和反射,因此被广泛采用。2 Y! v2 c* k. E9 u7 m" M! P
4" i+ r7 \8 R3 Q) A) V* T+ I  Y( m
实际设计中的调试
' d. f0 w! ^# t5 n+ }& i在实际设计中,由于器件和PCB布局的差异,电阻值可能需要微调,因此设计时通常会在PCB上预留电阻焊盘。, W2 i4 z) E4 \3 H9 J  {
2 L: ]# e  S. z6 p3 r
调试时,可以在不同阻值下使用示波器观察波形,逐步调整电阻,直到波形的振铃和过冲达到最低。
) K4 D6 U/ Q8 P2 ?1 V
$ L, C. \" p7 Y2 t1 ^& V. v' n: {这样可以在设计初期为后续的调试和优化提供灵活性。5 p$ }2 g' ?" @5 d
' v& X7 [) g" X. c* e
串接22Ω或33Ω电阻的做法体现了数字电路设计中“源端匹配”的重要性。* |% C' C4 f3 X6 U4 l1 o

5 X" S" p0 {9 n5 z; X4 w通过合理的电阻匹配,能抑制振铃和反射,保证信号的稳定和可靠性。) l6 e- P; t& M7 G3 }' ?. W0 z/ i

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% J1 M; h3 J+ z6 B1 N+ F/ e点击阅读原文,更精彩~
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