為什么SPI信號輸出端加22Ω或33Ω電阻？

電子設(shè)計聯(lián)盟

/ Q( G* h5 ~; ^* G5 }, ~3 f$ u/ b點擊上方藍(lán)色字體，關(guān)注我們
$ I' J1 ]( Y* G* t# m


) [. O. r  e2 h/ w1
反射與源端匹配的原理
在高速數(shù)字信號傳輸中，當(dāng)信號的驅(qū)動端（如單片機或FPGA）輸出到負(fù)載端（如傳感器）時，會經(jīng)過PCB上的傳輸線。

# A+ H5 ^3 _8 z2 ?8 i0 _如果傳輸線的特性阻抗 Z0與驅(qū)動源的輸出阻抗 Zd不匹配，會引發(fā)信號的反射。
1 P" S8 H2 N5 S9 _( Q4 \; M" k1 l
4 W5 p3 m9 \. c反射會導(dǎo)致信號波形的失真，造成振鈴、過沖等問題，特別是在信號上升沿和下降沿處顯著。
/ u# N1 u4 c0 K+ s
源端匹配就是通過在驅(qū)動端串聯(lián)一個電阻 R，使得信號源的輸出阻抗加上串聯(lián)電阻達(dá)到與傳輸線阻抗 Z0 匹配，以減少反射。

' R; I/ e+ }$ a- a" @

. I2 s; |5 _* A( p$ F& L因此，通過在源端串接電阻 R=Z0?Zd，可以優(yōu)化阻抗匹配，從而有效抑制反射。

% m# U- Y4 `  ?* o' k! k: O而22Ω或33Ω電阻通常是經(jīng)驗所得的合理數(shù)值，適用于多數(shù)數(shù)字電路。
2
4 x9 ~$ `8 h, _" I, @數(shù)字電路匹配
6 j, M, g+ Z2 {) \在射頻電路中，通常會使用電感、電容等無源器件進行匹配，這種匹配被稱為共軛匹配（conjugate matching）。
. G" k- Q* z! Z9 \9 E# X+ K$ e
2 w. t. `# e( p8 u. w  I( ?9 h9 t0 P其目的是使信號能量最大化地傳輸至負(fù)載，且往往要求精確的50Ω匹配。

然而，數(shù)字電路的匹配方式較為簡單，目標(biāo)是抑制反射，而非能量最大傳輸，因此通常采用電阻來進行源端匹配。

電阻匹配的方法不僅簡化了設(shè)計，也在信號完整性與實際操作成本之間提供了合理的平衡。
3
& L1 O9 Z1 G# G0 H& [$ i/ P- {4 H
為什么選擇22Ω或33Ω？
6 J5 h4 a# {. l8 T
實際操作中，數(shù)字器件的輸出阻抗 Zd往往并不理想，且存在較大的差異性。

例如，甚至同一型號的芯片，其輸出阻抗在不同的工作條件下也會有所不同。
0 `0 ]- Z! [& y4 ~3 i. i
( h/ P! o1 l; o8 p4 @論壇和文獻(xiàn)中提到的一些理論公式，如Zo = (Vdd-VOH) / IOH以及Zo = VOL/IOL，只能作為一個參考，而非絕對的計算標(biāo)準(zhǔn)。


: |& {9 f- l( p  r3 X! S
基于經(jīng)驗，22Ω或33Ω的電阻往往可以在大多數(shù)情況下減少振鈴和反射，因此被廣泛采用。
4
實際設(shè)計中的調(diào)試
在實際設(shè)計中，由于器件和PCB布局的差異，電阻值可能需要微調(diào)，因此設(shè)計時通常會在PCB上預(yù)留電阻焊盤。
  d- O7 a; ]2 u$ p, e
調(diào)試時，可以在不同阻值下使用示波器觀察波形，逐步調(diào)整電阻，直到波形的振鈴和過沖達(dá)到最低。
2 w" T% h/ A0 i- ~9 o
這樣可以在設(shè)計初期為后續(xù)的調(diào)試和優(yōu)化提供靈活性。
0 g5 a$ i) O) C+ O+ r  j+ f
0 g* o7 t8 b# K% R& d串接22Ω或33Ω電阻的做法體現(xiàn)了數(shù)字電路設(shè)計中“源端匹配”的重要性。
4 o$ K! ~  i( _9 y- ^9 _( ~6 z) ?
+ M+ I* H* w6 R6 X2 B- @! \8 G9 g通過合理的電阻匹配，能抑制振鈴和反射，保證信號的穩(wěn)定和可靠性。
" ]3 Q# \: _  w5 U5 h8 w
- s# ]6 f& h# Q+ P
3 V2 [; ], {1 \, P1 b( y. N+ q# d點擊閱讀原文，更精彩~