Bạn Có Thể Sử Dụng Kết Thúc Nối Tiếp và Song Song trên Cùng Một Mạch không?

Kết thúc mạch nối tiếp và song song là hai lựa chọn phổ biến nhất cho việc kết thúc mạch điện trở trong tín hiệu số. Lý do là vì điện trở là một đại lượng băng thông rộng và không bắt đầu bị ảnh hưởng bởi các yếu tố nhiễu cho đến khi tần số vượt qua phạm vi GHz. Tại băng thông kênh liên quan đến hầu hết các tín hiệu số, có những trường hợp mà một đường truyền không kết thúc thực sự cần được kết thúc, ngay cả khi không có thông số trở kháng nào được quy định trong giao diện.

Vì cả hai lựa chọn đều khả thi cho tín hiệu số, bạn nên sử dụng lựa chọn nào để kết thúc một đường truyền dài không có thông số trở kháng? Đôi khi có quan điểm rằng cả hai nên được sử dụng, hoặc cả hai có thể được sử dụng trên mọi mạng. Có những trường hợp cả hai có thể được sử dụng cùng một lúc, nhưng thường chỉ chọn một vì nó có thể loại bỏ nhu cầu cho cái kia.

Trong bài viết này, tôi sẽ xem xét tín hiệu liên quan đến cả kết thúc mạch nối tiếp và song song, và trường hợp đặc biệt khi bạn có thể thấy cả hai loại kết thúc.

Kết thúc mạch Nối tiếp và Song song Qua Hàm Chuyển

Lời giải thích dưới đây không dựa trên động lực của tín hiệu mà là. Để hiểu về điều đó, bạn có thể đọc bài viết hay này của Kella Knack mà trình bày các ví dụ về dạng sóng. Thay vào đó, tôi sẽ nhìn từ góc độ hàm truyền để chỉ rõ chính xác điều gì xảy ra với mức điện áp trong đường truyền. Điều này cũng tiết lộ ảnh hưởng của băng thông đối với tín hiệu số.

Những gì tôi sẽ trình bày dưới đây về hai loại kết thúc này và lý do tại sao chúng thường không được sử dụng cùng nhau trên cùng một mạch dựa trên các giả định sau:

• Các giao diện không có mục tiêu trở kháng cụ thể, nghĩa là trở kháng của đường dẫn có thể là bất kỳ
• Trở kháng của bộ điều khiển thường có giá trị thấp, và trở kháng tải được mô hình hóa như một tụ điện tải đơn giản
• Trở kháng đầu ra của bộ điều khiển được biết hoặc có thể xác định, chẳng hạn như từ việc đo lường hoặc mô phỏng (IBIS)

Giờ hãy xem xét từng loại kết thúc này một cách chi tiết.

Hàm Truyền Kết Thúc Dãy

Mạch dưới đây minh họa phương pháp được sử dụng để xác định hàm truyền đường truyền từ các tham số ABCD. Lưu ý rằng chúng ta cũng có thể sử dụng tham số S, nhưng tham số ABCD dễ sử dụng hơn.

Hàm truyền là tỷ lệ của điện áp tải so với điện áp nguồn. Điều tuyệt vời về phương pháp tiếp cận hàm truyền là điện áp tải được xác định rõ ràng theo điện trở nguồn như đã được chỉ ra ở trên. Bây giờ, chúng ta có thể thay thế điện trở nguồn của mình và bất kỳ điện trở nối tiếp nào.

Khi điện trở nối tiếp được sử dụng để kết thúc hoàn hảo đường truyền, điện trở được chọn có kích thước là R = ZS - Z0. Điện trở này thường được đặt tại chân IO của bộ điều khiển, và bây giờ chúng ta có mối quan hệ nơi tổng điện trở nguồn là ZS = Z0 vì đây là tổng điện trở đầu ra mới. Sử dụng định nghĩa của các tham số ABCD cho một đường truyền, chúng ta có:

Tại đây, chúng ta có một hàm truyền trông giống như một bộ chia điện áp liên quan đến điện trở tải và điện trở đường truyền. Điện áp tại tải là:

Nếu chúng ta lấy điện trở tải và làm cho nó rất lớn, chúng ta sẽ có giá trị sau cho điện áp tại tải:

Điều này áp dụng trong chiều rộng băng thông như được định nghĩa bởi dung kháng tải. Làm thế nào mà tín hiệu từ bộ truyền đạt bị ảnh hưởng sau khi tương tác với tổng trở kháng nguồn, bao gồm cả điện trở nối tiếp? Nếu bạn sử dụng định nghĩa của các tham số ABCD và tính toán V1, bạn sẽ nhận được kết quả sau nếu ZS + R = Z0:

Giờ đây chúng ta thấy chức năng của điện trở nối tiếp: khi được ghép nối hoàn hảo, Trở kháng nguồn và trở kháng đường truyền hoạt động như một bộ chia điện áp. Nếu trở kháng nguồn thấp hơn hoặc cao hơn trở kháng đường truyền, chúng ta sẽ quan sát thấy hiện tượng overshoot hoặc undershoot sau khi phản xạ từ tải.

Chỉ thông qua phản xạ từ tải mà mức tín hiệu giảm một nửa được khôi phục lại mức đầy đủ. Đây là lý do tại sao chúng ta cũng không thường áp dụng kết thúc song song trên cùng một mạch khi điện áp nhận phải thấy giá trị giống như điện áp nguồn. Bây giờ, hãy xem xét kết thúc song song một mình.

Kết Thúc Song Song

Với kết thúc song song, điểm mấu chốt hoàn toàn là để ngăn chặn sự phản xạ từ bộ nhận, như tôi đã đề cập ở trên. Trong một bus được chỉ định trở kháng, kết thúc thường được đặt trên chíp bán dẫn. Trong một trường hợp tổng quát hơn, như với một số bộ truyền đạt dòng, trở kháng không được chỉ định và do đó kết thúc có thể cần được áp dụng một cách thủ công.

Kết thúc song song mà không có điện trở nối tiếp hoạt động như sau:

• Vì không có điện trở nối tiếp, chức năng phân chia điện áp khiến toàn bộ tín hiệu được đặt trên đường truyền (V1 = VS)
• Tín hiệu sau đó lan truyền đến tải và không phản xạ, vì vậy nó hoàn toàn được hấp thụ qua điện trở song song

Nếu chúng ta giả sử một trở kháng nguồn hoàn hảo là ZS = 0, hàm chuyển đổi cho kết thúc song song cho mối quan hệ sau đây giữa điện áp tải và nguồn:

Với kết thúc song song, chúng ta thấy rằng có một yếu tố 2 ở tử số. Mạch kết thúc tạo ra một trở kháng song song với dung kháng tải, nơi trở kháng là R = Z0. Trong giới hạn băng thông tần số gối củakênh như được định nghĩa bởi tải dung kháng đó, trở kháng tải gần như bằng với trở kháng song song. Điều này một lần nữa cho chúng ta thấy điện áp tại tải khi R = Z0 và do đó ZL = Z0:

Một lần nữa, chúng ta quay trở lại với tín hiệu đầy đủ sức mạnh mà chúng ta đã gửi vào kết nối.

Nếu trở kháng nguồn khác không, quay trở lại với định nghĩa hàm chuyển đổi và nhập giá trị cho trở kháng nguồn của bạn. Điều này có thể được rút ra từ các phép đo hoặc từ các mô phỏng.

Bạn Có Thể Sử Dụng Cả Kết Thúc Dãy và Song Song?

Khi chúng ta so sánh dạng tổng quát của hàm chuyển đổi điện trở kết thúc dãy, nó nên rất rõ ràng tại sao chúng ta không cố ý đặt thêm một điện trở song song khi đã có một điện trở dãy. Nếu bạn khớp hoàn hảo với một điện trở dãy rời rạc, và sau đó cũng khớp với một điện trở song song, thì chỉ có một nửa mức tín hiệu được truyền vào dây và điều này được hấp thụ bởi điện trở song song. Nói cách khác, điện áp nhìn thấy tại tải là:

Nếu bạn đang sử dụng một linh kiện với mức tín hiệu 3.3 V và bộ thu cũng yêu cầu một mức tín hiệu 3.3 V, thì bạn có thể không thể sử dụng cả kết thúc dãy và song song cùng một lúc. Bạn sẽ phải xem xét cẩn thận các ngưỡng logic trong bộ thu để đảm bảo rằng điện áp tại tải không quá thấp.

Trường hợp cụ thể là khi bạn muốn giảm từ một nguồn điện áp xuống một điện áp tải thấp hơn. Ví dụ, với nguồn 3.3 V và tải cần biên độ 1.8 V, mức tín hiệu nhận được tại tải sẽ là 1.65 V với cả kết thúc nối tiếp và song song. Điều này có thể nằm ở giới hạn dưới của điện áp cần thiết để đăng ký như một trạng thái logic CAO trong bộ nhận. Chúng ta có thể tìm thấy các ví dụ khác về các mức logic phổ biến nơi chúng ta nhận được kết quả tương tự.

Thay vì cố gắng thiết kế một bước giảm với các điện trở kết thúc, thông thường bạn sẽ thay đổi giữa hai mức tín hiệu khác nhau bằng cách sử dụng một bộ chuyển mức. Các linh kiện này được thiết kế để hỗ trợ cả các giao diện cụ thể hoặc chúng có thể tương thích với một loạt các giao diện khả dĩ. Các linh kiện này sẽ chấp nhận các điện áp cung cấp khác nhau và sẽ tạo ra một bản sao của tín hiệu đầu vào tại đầu ra, nhưng ở một điện áp cao hơn hoặc thấp hơn. Một ví dụ cho SN65DP159 từ Texas Instruments được hiển thị bên dưới.

Liệu Tất Cả Điều Này Có Áp Dụng Cho Cặp Dây Đối Xứng?

Câu trả lời là "có" với một dấu sao; nếu sử dụng cặp dây vi sai thì thay thế trở kháng đặc trưng trong các hàm chuyển đổi ở trên bằng trở kháng chế độ lẻ, và tính toán sự khác biệt trong các tín hiệu cực đối lập tại phía bên nhận của kết nối liên lạc.

Hầu hết các giao diện vi sai đều có yêu cầu cụ thể về sự kết thúc và yêu cầu trở kháng đường dẫn, điều này đã được thực hiện trên chíp tại phía bên lái của đường truyền (ít nhất). Khi cần ghép nối DC, việc kết thúc trên chíp tại phía bên lái loại bỏ việc sử dụng một điện trở nối tiếp. Trong các trường hợp khác, kết thúc song song có thể được sử dụng khi thành phần bên nhận không có kết thúc trên chíp, điều này không phổ biến. Việc sử dụng kết thúc (nối tiếp, song song, hoặc cả hai) vẫn có thể được áp dụng trong các trường hợp đặc biệt, nhưng nó sẽ được quy định trong bảng dữ liệu, xác định thông qua thử nghiệm, hoặc nó đã được bao gồm trên chíp.

Một khi bạn đã tìm thấy hàm chuyển đổi đường truyền và bạn đã sẵn sàng để lên kế hoạch cho kênh của mình, hãy sử dụng các công cụ thiết kế và bố trí trong Altium Designer®. Để thực hiện sự hợp tác trong môi trường đa ngành nghề ngày nay, các công ty đổi mới đang sử dụng nền tảng Altium 365™ để dễ dàng chia sẻ dữ liệu thiết kế và đưa dự án vào sản xuất.

Chúng tôi mới chỉ khám phá bề mặt của những gì có thể thực hiện được với Altium Designer trên Altium 365. Bắt đầu dùng thử miễn phí Altium Designer + Altium 365 ngay hôm nay.