Сделайте это лучше

Журнал РАДИОЛОЦМАН, октябрь 2013

Howard Johnson

EDN

Изображенная на Рисунке 1 схема может быть согласована множеством способов. Результаты четырех из них, различающиеся комбинациями величин сопротивлений, представлены осциллограммами сигналов, снятыми в точке, обозначенной фиолетовой стрелкой.

Рисунок 1.	Если при R1 = 4.7 Ом добавить R2 = 50 Ом, увеличивается задержка прохождения сигнала, сигнал сглаживается, а обратный выброс уменьшается.

В первых трех случаях резистор R₂ закорочен, а R₃ удален. Это классическая схема последовательного согласования с помощью единственного резистора R₁, имеющего сопротивление 33, 18 и 4.7 Ом, соответственно.

Глядя на передние фронты импульсов можно заметить, что в каждом случае сигналу не удается «с первого раза» достичь максимального значения, которому предшествуют небольшие «плато», обозначенные на кривых крестиками. Все три кривые наглядно демонстрируют результаты интерференции сигналов с их отражениями, последовательно происходящими с интервалами 2 нс. Таким образом, сигнал приближается к своему предельному значению 3.3 В не плавно, а ступенями. Видно также, что по мере уменьшения сопротивления R₁ первая «попытка» становится более мощной, однако достигнуть вершины за один раз, не сталкиваясь с собственными отражениями, сигналам не удастся никогда. Ведь даже при закороченном сопротивлении R₁ этот драйвер не будет безупречно работать на 50-омную линию, поскольку его эффективное выходное сопротивление R_S больше 50 Ом.

Задние фронты рассказывают нам другую историю. При первом взгляде на кривую, соответствующую R₁ = 33 Ом, бросается в глаза, что длина отрезка до первого «плато» здесь заметно больше, чем на переднем фронте, и равна примерно 2.7 В. Ничего загадочного в этом нет. Подобное может и должно быть, если выходное сопротивление драйвера во время спада импульса меньше, чем во время формирования переднего фронта. А это – обычная ситуация для КМОП драйверов с двухтактными выходами. На третьей кривой, на этот раз полученной при R₁ = 4.7 Ом, виден значительный выброс на спаде импульса. В этом случае мощность драйвера оказалась чрезмерно высокой. Если, как это часто бывает, выходное сопротивление вашего драйвера различно для передних и задних фронтов, то никакими последовательными согласующим резисторами совершенства обоих фронтов вы никогда не добьетесь, но, хотя бы, возможно, сможете их улучшить.

Увеличение импеданса линии могло бы исправить положение. Чтобы понять каким образом, представьте, что драйвер имеет выходные сопротивления 60 и 37 Ом для переднего и заднего фронтов, соответственно, – реальные значения из нашего примера. Подключите его к линии передачи с характеристическим импедансом 10000 Ом через последовательный резистор 9951 Ом. Эффективные импедансы для обоих фронтов будут, соответственно, равны 10011 и 9988 Ом, что очень близко к импедансу линии.

Конечно же, сделать такую схему вы не сможете, но, даже повысив импеданс передающей линии до 65 Ом, вы получите возможность использовать более высокие значения R₁, сделав R₁ более значимой частью схемы, и, таким образом, уменьшив влияние вариаций выходного сопротивления драйвера.

Хорошие результаты может дать сглаживание фронтов. В нашем примере времена нарастания и спада равны примерно 1 нс. Можно воспользоваться тем, что выходные драйверы некоторых ПЛИС позволяют управлять крутизной фронтов, точнее, замедлять их, что было бы идеальным решением. Если же такой возможности нет, попробуйте последовательно с входом приемника вставить резистор R₂ сопротивлением 50 Ом или больше (четвертая кривая). Это дополнительное сопротивление вместе с входной емкостью приемника 9 пФ образует фильтр нижних частот, который может затягивать фронты, уменьшая выброс на спаде импульса и делая форму сигнала менее зависящей от непостоянства выходного сопротивления драйвера.