Перейти к содержанию

Параллельное согласование

Если на линии несколько приёмников или она идёт к разъёму на другом конце платы, резистор у передатчика не спасёт. Нужно погасить волну там, где она отражается, — на конце линии. Это параллельное согласование.

Обновлено Редакция GAW

Параллельное согласование (parallel termination) — резистор, равный волновому сопротивлению линии Z0, на дальнем конце линии параллельно входу приёмника. Тогда нагрузка согласована, коэффициент отражения ρ = (R − Z0)/(R + Z0) равен нулю, и волна поглощается целиком, не возвращаясь к передатчику. Это один из четырёх распространённых способов согласования, которые перечисляет TI, вместе с последовательным, по Тевенину и переменнотоковым (SCAA082A, разд. 1.3.2).

Два варианта

На общий провод (или на шину). Один резистор Z0 от конца линии на землю или на шину терминации. Работает при любом числе приёмников вдоль линии: волна на всей длине сразу полного уровня, и ни один приёмник не видит полуровня. Типичный случай — терминаторы 120 Ом на концах шин RS-485 и CAN, где согласованы и передатчик, и приёмники.

По Тевенину. Два резистора: R1 к питанию и R2 на землю, причём R1∥R2 = Z0. Для волны это тот же резистор Z0, но делитель задаёт напряжение покоя линии Vt = VCC·R2/(R1 + R2). Так согласуют LVPECL: нагрузку 50 Ом на шину примерно на 2 В ниже питания (TI SNLA187, разд. 1.4) заменяет пара резисторов 82 и 130 Ом. При 3,3 В 130 Ом ставят к питанию и 82 Ом к земле (около 1,28 В, наш расчёт); на рис. 1-5 SNLA187 номиналы стоят наоборот — так делают при 5 В.

Расчёт по Тевенину из двух условий (наш вывод из формулы делителя):

R1=Z0VCCVt,R2=Z0VCCVCC−VtR_1 = Z_0 \frac{V_{CC}}{V_t}, \qquad R_2 = Z_0 \frac{V_{CC}}{V_{CC} - V_t}

Для Z0 = 50 Ом, VCC = 3,3 В и Vt = 1,3 В — R1 ≈ 127 Ом и R2 ≈ 82 Ом (наш расчёт), то есть стандартная пара 130 и 82 Ом.

Цена

TI сравнивает способы так (SZZA009, табл. 1):

СпособПотреблениеКомпонентовДобавляет задержку
Параллельноебольшое1нет
По Тевенинубольшое2нет
Последовательноемалое1да
Переменнотоковоесреднее2нет

Большое потребление — главная проблема: резистор Z0 нагружает драйвер постоянно. При 3,3 В и 50 Ом это 66 мА, а драйвер с выходным сопротивлением 25 Ом выдаст на конце только 2,2 В (наш расчёт). Поэтому выход микроконтроллера так не согласуют — для него есть последовательный резистор. Параллельное согласование — выбор для шин с драйверами, рассчитанными на нагрузку, и для линий с несколькими приёмниками. Подробнее — в статье «Целостность сигналов».

Частые вопросы

Почему параллельное согласование не подходит для выхода микроконтроллера?

Из-за тока. Резистор Z0 на землю нагружает драйвер постоянно: при 3,3 В и 50 Ом это 66 мА, а с выходным сопротивлением драйвера 25 Ом уровень единицы падает до 2,2 В (наш расчёт). Выход микроконтроллера на это не рассчитан. Так согласуют шины, драйверы которых рассчитаны на нагрузку, — например, RS-485 и CAN с резисторами 120 Ом.

Зачем согласование по Тевенину, если есть один резистор?

Делитель из резистора к питанию и резистора на землю с R1∥R2 = Z0 для волны выглядит как один резистор Z0, но задаёт на линии напряжение покоя посередине. Драйвер тогда отдаёт ток в обе стороны поровну, а не только в одном состоянии. Цена — постоянный ток через делитель и второй компонент; TI относит оба варианта к способам с большим потреблением.

Как рассчитать согласование по Тевенину?

Из двух условий: параллельное соединение R1 и R2 равно Z0, а делитель даёт нужное напряжение покоя Vt = VCC·R2/(R1 + R2). Отсюда R1 = Z0·VCC/Vt и R2 = Z0·VCC/(VCC − Vt). Для Z0 = 50 Ом, VCC = 3,3 В и Vt = 1,3 В получается R1 ≈ 127 Ом к питанию и R2 ≈ 82 Ом на землю — для LVPECL от 3,3 В берут 130 Ом вверх и 82 Ом вниз. На рис. 1-5 TI SNLA187 номиналы стоят наоборот — 82 Ом к питанию и 130 Ом к земле: это вариант для PECL от 5 В (около 3,07 В, наш расчёт).

Источники

  1. Texas Instruments. High-Speed Layout Guidelines (SCAA082A, November 2006, revised August 2017) — разд. 1.3.2: ρ = (R − Z0)/(R + Z0); четыре распространённых способа согласования — последовательное, параллельное, по Тевенину, переменнотоковое
  2. Texas Instruments. PCB Design Guidelines For Reduced EMI (SZZA009, November 1999) — разд. 2.4.3, табл. 1: параллельное — большое потребление, один компонент, задержки не добавляет; по Тевенину — большое потребление, два компонента, задержки не добавляет; последовательное — малое, один, добавляет; переменнотоковое — среднее, два, не добавляет; активное — среднее, один, не добавляет
  3. Texas Instruments. LVDS Owner's Manual, 4th Edition (SNLA187, 2008) — разд. 1.4: ЭСЛ, PECL и LVPECL требуют нагрузки 50 Ом на шину примерно на 2 В ниже питания; рис. 1-5: типичная терминация — 82 Ом к питанию и 130 Ом к земле на каждый провод

Нашли ошибку?

Смотрите также