微控制器引脚的驱动器阻抗,用于串联端接?

电器工程 微控制器 阻抗 终止
2022-01-24 07:06:02

许多指南指示数字信号应该有一个由驱动器放置的串联电阻,其电阻等于线路阻抗 (Z0) 减去驱动器阻抗 (Zd)。是一份这样的指南。

但是,我找不到任何微控制器的输出阻抗规格。我查看了我使用的 Renesas 和 PIC MCU 的数据表,甚至没有提到。

我目前面临的情况是瑞萨 MCU 通过 21 厘米长的走线与 SD 卡通信,我认为是 33MHz。(有些信号是双向的,但那是另一回事了。)为了避免振铃和 EMI 发射,看起来它们可能是这么长的走线和高频率的问题,我想正确终止。

可能的解决方案 - 驱动器阻抗是否可能非常低,例如只有 1 欧姆左右?我可以计算我的线路阻抗,如果驱动器阻抗小得多,也许我可以忽略它?

或者,我是否可以尝试通过(不要笑)在传输线旁边放置一个 AM 收音机来检测由振铃引起的 EMI,并尝试不同的终端电阻值,直到振铃最小化?有没有更好的方法在家里做到这一点?

2个回答

重要的不是沿 PCB 走线发送的信号频率,而是上升时间。

一条 21 厘米的 PCB 走线大约是 30 厘米的“空气当量”,因为光速是 1nS/ft(以工程师方便的单位),这大约是 2nS 往返。如果输出栅极上升时间比这更长,并且大多数现代“低速”MCU 和 SoC 将具有慢速驱动程序,或者出于这个原因可以选择慢/快驱动程序,则无需添加额外的串联终止.

一个 33MHz 的信号有一个 30nS 的周期,或 15nS 的高电平和低电平。只要接收器能够应对这种情况并满足 tsu 和 th 次,这种速率的信号可以以 >2nS 的上升时间消失。检查您的 MCU 的文档以查看是否指定了上升时间或驱动强度(可选择的低输出电流)。

即使没有指定输出阻抗,也可以从驱动电流/电压图表或电气特性表中指定的多个电流的输出电压中推断出它。如果做不到这一点,您可以通过使用各种电阻器加载输出并测量输出电压降来测量它。

关于驱动器输出阻抗的通常假设是“大约 10 欧姆”。很难使它们少得多,多得多,而且它们不会满足逻辑的动态高/低。在没有更多信息的情况下,“几十欧姆”的串联终端电阻,因此 33 或 47 欧姆并不少见。如果你犯了错误,犯错更低而不是更高可能更好。电路板走线 Z0 不太可能低于 50 欧姆或高于 100。

一旦你有一个串联电阻,调整它的最佳方法是使用示波器,但它需要一个快速的,你需要能够看到 <2nS 的特性。如此快速的示波器将具有 50 欧姆的输入阻抗,您可以使用连接到线路上的 1k 电阻作为探头。这为您提供了一个很好的范围进入范围,以及非常低的电容抽头点进行测量。

请记住,串联电阻只能用于线路末端的单点接收器。如果多个接收器分布在一条迹线上,串联电阻器是您能做的最糟糕的事情,这种配置需要一个低阻抗驱动器和一个匹配的终端在线路的远端。

关于传输线的传统智慧告诉我们,您需要将驱动器与线路匹配,将线路与终端匹配。然而,这种传统观念给逻辑电路带来了问题,因为接收器上的 50 欧姆并联负载意味着它无法工作,即逻辑电平被破坏太多。

如果驱动器单独具有串联电阻(等于传输线阻抗),则由于驱动器阻抗和线路阻抗相等,沿线路发送的电压在发送端减半,但在接收端,开路会产生电压那是双倍的,因此可以恢复您的逻辑电平。以下是您可以使用的技术的概述 (a) 作为问题中的系列终止:-

在此处输入图像描述

图片来自Electronic – 为什么较小的传输线不会影响信号完整性?.

使用串联端接时有一些注意事项,例如确保线路不会太长而损耗太高,以及通过选择适当的接收设备来确保小心降低输入电容。

在上述四种方法中,电路(b)由于直流负载,通常不适用于 CMOS 驱动 CMOS。Thevenin 端接确实有效,因为两个电阻器将接收电平驱动到中轨点,这意味着接收到的信号(尽管显着衰减)对于大多数设备(施密特输入除外)来说足够大 pp。

Fairchild 的这份文档(应用笔记 610)是有关这些技术的有用参考,也显示了真实的波形。TI 的这份文档(应用说明 903)也适用于差分驱动,并且还涵盖了与四种驱动方法相关的主要问题。

10 欧姆驱动器阻抗是假设的标准值,因此如果您的 t 线为 50 欧姆,则需要在发送端添加 40 欧姆。

为了避免振铃和 EMI 发射,看起来它们可能是这么长的走线和高频率的问题,我想正确终止

  • 它没有振铃 - 它可能看起来像,但端接不良的线路会产生信号反射,看起来像“阶梯式”振铃。
  • 通常,您可能遇到的 EMI 问题将是 t 线的直接辐射,而正确的端接可能只会稍微减少。