不同的终端法类型

RF和微波设计工程师通常使用的频率范围都非常窄。因此他们可以用精心设计的复阻抗来终止他们的传输线。这样就可以使设计的传输线在该很窄的频率范围内做到工程实践中所希望达到的结果。但是SI和EMC的要求则不然，它们要求终端在一个很宽的频率范围内都能有效地达到匹配要求。这实际上是要求匹配电阻在从DC到所关心的最高频率范围内都能保持它的电阻特性。理想情况下，这要求使用体积非常小的表面安装片状电阻（但不是MELF类型的，因为它们过于电感化）。

在终端器件和参考面之间要求有非常短和直接的连接。理想条件下，只要可行就应采用焊盘中通孔技术。由于终端电阻之间可以发生串扰，因此在具有两个或多个终端电阻靠近在一起的场合，应该将它们的布局安排成整齐的直线状。并且，将它们所有的接0V端（或连接其他参考面）都安排在相同的一端。

当采用一个电阻网络或阵列来作为终端器件时，为了使它们在频率高到100MHz时仍然有效，至少必须在器件的两端都有相应的参考面连接。倘若为了使终端器件在频率高达1GHz以上时仍然有效的话，则很可能需要与信号插针数量相等的参考面插针。有些PCB制造厂商可以在PCB以层压的方式嵌入高电阻的金属薄箔来作为内部层，并经常把它们蚀刻成终端电阻。

为了获得良好的SI和EMC，经典的RF终端法是最好的传输线终端法。此时的传输线的两端是以电阻性完成匹配的。但缺点是信号电压将会由此衰减50%。这个类型的终端法经常用于RF和数据通信电以及很高速度的背板系统中。虽然从SI和EMC角度考虑它们是最好的终端法。但是，输送到接收端的信号电平仅为所要求的一半，致使有些数字IC无法正常工作。因此，就PCB上的数字电路而言，传统上使用的则是单端电阻终端（而不是在传输线的两端）。如今，一些正在开发研制的新型IC，其本身就内置有用来提升输出电压的驱动器。因此，它在可以使用经典的RF终端法的同时，又能为接收端IC提供所要求的完整的信号电压。

单端终端法有很多种。它们主要可以被分成两大类：反射波开关型和入射波开关型。各种类型的终端法分别被图示于图2-5-13、图2-5-14和图2-5-15中。事实上，经典RF终端法的设计是反射波开关型和入射波开关型两种方法的结合。所以，我们不再在这里把它作为一个单独方法加以讨论。

反射波开关型有时也称为串联或源端终端法。图2-5-11所示的就是这种类型的终端法。在这种方法中，传输线的被驱动端终止于一个整体电阻等于传输线特性阻抗Z₀上。在完全匹配的情况下，它发送一个半电平的信号电压进入线条。当信号传播并到达另一端时，该端的非常高阻抗形成的反射系数几乎为+1，并将该信号沿线条向回反射。但是，此时的电压电平已几乎是所需要信号的全电平电压。当它返回到驱动器端时，此端的反射系数则为零（假如该线条是完全匹配传输线）。所以，信号电压在驱动端不再形成反射。

图2-5-13经典RF和反射波开关传输线终端法

图2-5-14使用分路和RC入射波开关传输线终端法

在用于点到点互连接时，反射波开关型具有良好的性能。但假如使用在一个多点总线上时，有可能使得沿线的元件被加倍计时。这是因为在它们看到完整电平信号以前的某个时间，它们会先看到半电平信号。当与沿线的传播时间相比时，这些元件需要具有足够慢的响应时间，以避免与沿线反射波形成混淆。另一个办法是，确保所有负载元件位于传输线的远端，并且被线条相互分离。对SI来说，应为t_p≥t_r/10或者t_p≥1/（10πf）。对良好的EMC来说，则应为t_p≥t_r/40或t_p≥1/（40πf）。

在反射波开关型中所使用的串联终端电阻必须设置于非常靠近驱动器的位置上。正如图2-5-12所示。该电阻的选择原则为驱动器阻抗和外部电阻相结合等于传输线阻抗Z₀。对于普通的数字IC（不包括专门设计用于传输线匹配类型的IC），要同时在上拉或下拉状态时都能获得良好匹配是相当困难的。我们在后面还会对这个问题做进一步的讨论。

图2-5-14和图2-5-15显示了各种类型的入射波开关型的终端法。它们所有的都在离开驱动器最远端的传输线终端使用单端电阻终端法。一个具有0Ω源阻抗的理想化驱动器发送一个幅值为全电平的信号电压到线条上，该信号电压将沿着线条传播，直到它到达接有一个并联或分流终端电阻的传输线最远端。假如，这个电阻与线条的阻抗Z₀相匹配，则反射系数为零。所以没有反射产生。(www.xing528.com)

虽然，在发送端将会有反射存在，但由于这些反射都被保持在驱动器内，从而在IC的外部将不会看到这个反射。假如负载阻抗为Z₀的100倍，终端电阻应选择为负载和终端电阻的并联值等于Z₀。并联终端电阻通常要连接到0V参考面。但有些逻辑系列选用其他参考面（如ECL使用正电源平面）。倘若是这种情况，终端电阻将不再应该连接到0V参考面，而是应该与这些参考面相连接。

图2-5-15 使用戴维南和有源入射波开关的传输线终端法

由于入射波开关型允许使用多点总线。所以，数据速率要远高于反射波开关型。使用电阻终端将损耗许多功率。并还可能会超过某些驱动器所能提供的DC电流的额定值。因此，已经研制开发了许多各种不同类型的终端电阻来降低功率耗损和DC电流（希望不会由此而牺牲在最高频率上的传输线匹配）。可供选用的入射波开关型终端电路包括有RC、戴维南（Thévenin）和有源等类型。

RC终端（图2-5-14）使用了一个阻值等于传输线阻抗Z₀的电阻以及一个与它串联的容量在10～620pF之间的电容。这个做法仅仅在高频下对传输线形成匹配终端。因此，它将消耗的功率要低得多。并且由于它不消耗任何DC电流，所以很容易使用普通的元件来驱动。

但RC终端法的有效性则要取决于具有随机性的数据和线条长度。所以它不是一种像其他三个入射波方法那样，具有通用性的技术。而且，功率上的节省也仅仅存在于当RC时间常数短于信号电平周期的条件下。为了不会引起SI问题，RC时间常数还必须大于加载传输线时延时间的两倍。

由于电容的自感（请参阅本篇第4章），在最高频率下，要使得一个RC终端与一个纯电阻终端法具有相同的性能是有困难的。有些元件制造厂商供应已封装好的，包括有R和C在内的单个或阵列元件以节省PCB使用面积。同时，这样的设计要比使用分列元件时具有更好的高频性能。

戴维南终端法（图2-5-15的上部）使用按照设计要求的电阻值，以确保它们的并联阻值与Z₀相同。同时，还可以通过控制它们的比例关系来最小化电源的消耗和驱动器DC负载。理想情况下，这意味着把两个电阻的比例选择为：在驱动器开路条件下，在传输线上的DC电压将等于具有数据在线上时的平均线电压。但戴维南终端法需要一个适合于所有所关心频率的去耦合电源平面。

有源终端法（图2-5-15的下部）使用一个稳压电源以数字信号的标称平均值或某个其他适当的电压来驱动一个附加的电源线（或参考面）。这里所使用的与该参考面相连接的并联终端电阻的阻值应该等于Z₀。更为重要的是，该平面还必须要在所关心的频率范围内完成正确的去耦合。该方法在电气上等效于戴维南终端法。但通过使稳压电源工作在甲乙类（它不仅需要作为一个源提供电流，它还需要能够吸收电流），有源终端法对驱动器而言几乎不消耗任何功率。

在传输线通过一个连接器的位置上，一个普遍存在的问题是连接的间歇性、断路或失效。由于非驱动传输线上仍然会有串扰和其他噪声存在，它们会导致该线所连接的器件的随机数据变化。与使用其他终端法相比，使用戴维南或有源终端法时，要寻找出这类的故障要容易得多。通过对电阻比值或电压进行偏置，就可以使得驱动器断开时，保证负载元件处于逻辑高电位或逻辑低电位。连接器失效时的逻辑电平的选择原则是不仅要使由失效引起的运行问题最少，而且能为故障的诊断提供最佳帮助。在安全问题是一个考虑因素时，它也必须包括在逻辑电平的选择中。

在一个短截线线条连接到一个作为主传输线线条的位置上可能会出现取决于短截线长度和它的电容或任何与它连接的负载的两种情况。第一种情况是信号在短截线中的传播时间与信号的上升/下降时间（或所关心的最高频率波长）相比是非常短的情况下，它与任何元件电容都将呈现为一个点电容负载。此时，应该按照上面小节中讨论的电容性负载的情况处理。第二种情况是信号在短截线上的传播时间不是那么短暂时（与信号的上升/下降时间或所关心的最高频率的波长相比），它所产生的影响就要复杂得多。在连接处的Z₀将是主传输线与短截线的并联组合（例如，若两者具有的阻抗相同，并都为Z₀，则并联组合的结果将为Z₀/2）。来自短截线连接点以及其端头的反射都将会在主传输线中传播，并引起信号的失真。

理想情况下，这样的一个短截线的端头也应该正确的终止于一个精确的匹配电阻。但这样做仍然会在连接处留有反射的存在。正确地使用一个短截线来终止一个传输线可以是一个相当复杂的课题。有时仅能获得远非理想的实用解决办法。在本书后面所列的，有关这个问题的参考文献，特别是那些教科书和IPC标准为它的解决提供了某些指导性的原则。