為什么SPI信號(hào)輸出端加22Ω或33Ω電阻？

電子設(shè)計(jì)聯(lián)盟

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; l" L4 B7 h, i$ }, l, {反射與源端匹配的原理
* H$ f7 d, C) |5 \1 j在高速數(shù)字信號(hào)傳輸中，當(dāng)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)端（如單片機(jī)或FPGA）輸出到負(fù)載端（如傳感器）時(shí)，會(huì)經(jīng)過(guò)PCB上的傳輸線。

: v4 ~  H" \& k9 G如果傳輸線的特性阻抗 Z0與驅(qū)動(dòng)源的輸出阻抗 Zd不匹配，會(huì)引發(fā)信號(hào)的反射。
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反射會(huì)導(dǎo)致信號(hào)波形的失真，造成振鈴、過(guò)沖等問(wèn)題，特別是在信號(hào)上升沿和下降沿處顯著。

源端匹配就是通過(guò)在驅(qū)動(dòng)端串聯(lián)一個(gè)電阻 R，使得信號(hào)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。
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因此，通過(guò)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。
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而22Ω或33Ω電阻通常是經(jīng)驗(yàn)所得的合理數(shù)值，適用于多數(shù)數(shù)字電路。
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3 H  [6 Z/ [5 q& U8 y- o) G+ H  m數(shù)字電路匹配
0 s5 _0 R( T1 N, B" }在射頻電路中，通常會(huì)使用電感、電容等無(wú)源器件進(jìn)行匹配，這種匹配被稱為共軛匹配（conjugate matching）。
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  w# I. h; I- K) m' i其目的是使信號(hào)能量最大化地傳輸至負(fù)載，且往往要求精確的50Ω匹配。

5 E4 m+ C* Z& U  B+ m' n! E然而，數(shù)字電路的匹配方式較為簡(jiǎn)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(lái)進(jìn)行源端匹配。

電阻匹配的方法不僅簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，也在信號(hào)完整性與實(shí)際操作成本之間提供了合理的平衡。
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* t* j; T$ C1 i% I; U: h$ s為什么選擇22Ω或33Ω？

實(shí)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(hào)的芯片，其輸出阻抗在不同的工作條件下也會(huì)有所不同。

$ M  K: [( U" W6 k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(gè)參考，而非絕對(duì)的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。
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基于經(jīng)驗(yàn)，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。
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實(shí)際設(shè)計(jì)中的調(diào)試
3 z* E5 i! `& A3 P9 s$ [在實(shí)際設(shè)計(jì)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(jì)時(shí)通常會(huì)在PCB上預(yù)留電阻焊盤(pán)。
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2 O# N6 m: h' O0 y# v調(diào)試時(shí)，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(guò)沖達(dá)到最低。
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這樣可以在設(shè)計(jì)初期為后續(xù)的調(diào)試和優(yōu)化提供靈活性。

串接22Ω或33Ω電阻的做法體現(xiàn)了數(shù)字電路設(shè)計(jì)中“源端匹配”的重要性。
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1 k; G9 _4 H# Y, `0 x& ]$ W通過(guò)合理的電阻匹配，能抑制振鈴和反射，保證信號(hào)的穩(wěn)定和可靠性。


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