一.引言

　　在微機(jī)系統(tǒng)中，接口與其它設(shè)備之間的連接要通過(guò)一定長(zhǎng)度的電纜來(lái)實(shí)現(xiàn)，在計(jì)算機(jī)內(nèi)部，印制電路板之間需要通過(guò)焊接線來(lái)連接。在一些其它的脈沖數(shù)字電路中也存在這類(lèi)事的問(wèn)題。脈沖信號(hào)包含著很多的高頻成分，即使脈沖信號(hào)本身的重復(fù)頻率并不十分高，但如果前沿陡峭，在經(jīng)過(guò)傳輸通道時(shí)，將可能發(fā)生信號(hào)的畸變，嚴(yán)重時(shí)將形成振蕩，破壞信號(hào)的正常傳輸和電路的正常工作。脈沖信號(hào)的頻率越高，傳輸線的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，即便問(wèn)題越嚴(yán)重。

　　二.傳輸線的反射干擾及其造成的危害

　　任何信號(hào)的傳輸線，對(duì)一定頻率的信號(hào)來(lái)說(shuō)，都存在著一定的非純電阻性的波阻抗，其數(shù)值與集成電路的輸出阻抗和輸入阻抗的數(shù)值各不相同，在他們相互連接時(shí)，勢(shì)必存在著一些阻抗的不連續(xù)點(diǎn)。當(dāng)信號(hào)通過(guò)這些不連續(xù)點(diǎn)時(shí)便發(fā)生“反射”現(xiàn)象，造成波形畸變，產(chǎn)生反射噪聲。另外，較長(zhǎng)的傳輸線必然存在著較大的分布電容和雜散電感，信號(hào)傳輸時(shí)將有一個(gè)延遲，信號(hào)頻率越高，延遲越明顯，造成的反射越嚴(yán)重，信號(hào)波形產(chǎn)生的畸變也就越厲害。這就是所謂的“長(zhǎng)線傳輸?shù)姆瓷涓蓴_”。對(duì)于TTL器件來(lái)說(shuō)，“過(guò)沖”超過(guò)6V時(shí)，對(duì)器件輸入端的P-N結(jié)就有造成損壞的可能。同時(shí)從+3V～-6V的大幅度下降，將會(huì)對(duì)鄰近的平行信號(hào)產(chǎn)生嚴(yán)重的串?dāng)_，且臺(tái)階將造成不必要的延時(shí)，給工作電路造成不良的后果。一旦形成震蕩，危害就更嚴(yán)重，這種振蕩信號(hào)將在信號(hào)的始端和終端同時(shí)直接構(gòu)成信號(hào)噪聲，從而形成有效的干擾。

　　三.信號(hào)傳輸線的主要特性及阻抗匹配

　　1.信號(hào)傳輸線的特征阻抗

　　對(duì)于計(jì)算機(jī)及數(shù)字系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，經(jīng)常使用的信號(hào)傳輸線主要有單線(含接連線和印制線等)、雙絞線、帶狀平行電纜、同軸電纜和雙絞屏蔽電纜等。傳輸線的特性參數(shù)很多，與傳輸線的反射干擾有關(guān)的參數(shù)主要有延遲時(shí)間和波阻抗。一般說(shuō)來(lái)，反顯得信號(hào)延遲時(shí)間最短，同軸電纜較長(zhǎng)，雙絞線居中，約為6ns/m。波阻抗為單線最高，約為數(shù)百歐，雙絞線的波阻抗，雙絞線的波阻抗一般在100Ω-200Ω之間，且絞花越短，波阻抗越低。從抗干擾的角度講，同軸電纜最好，雙絞線次之，而帶狀電纜和單線最差。

　　2.阻抗的匹配

　　當(dāng)傳輸線終端不匹配時(shí)，信號(hào)被反射，反射波達(dá)到始端時(shí)，如始端不匹配，同樣產(chǎn)生反射，這就發(fā)生了信號(hào)在傳輸線上多次往返反射的情況，產(chǎn)生嚴(yán)重的反射干擾。因此要盡可能做到始端和終端的阻抗匹配，是抑制反射干擾的有效途徑。為此，確定“長(zhǎng)線”的最佳長(zhǎng)度是至關(guān)重要的。

　　在實(shí)際實(shí)踐中，一般以公式的經(jīng)驗(yàn)來(lái)決定實(shí)際電路信號(hào)傳輸線的最大允許不匹配長(zhǎng)度(也即“長(zhǎng)線”界限)。其中，為電路轉(zhuǎn)換邊沿的平均寬度，對(duì)于常用的中速TTL電路，取15ns，為傳輸線的延遲時(shí)間。可以計(jì)算出，其最大允許匹配長(zhǎng)度分別為1m，0.6m和0.4m，否則應(yīng)考慮阻抗匹配。對(duì)于高速運(yùn)行的ECL器件，由于其傳輸時(shí)間只有4ns-5ns，故傳輸長(zhǎng)度一般超過(guò)20cm時(shí)，就應(yīng)考慮匹配問(wèn)題。

　　阻抗匹配的方法可以分為始端阻抗匹配和終端阻抗匹配。

　　始端阻抗匹配的方法是在電路的輸出端，即傳輸線的輸入端串接一個(gè)電阻R，使電路的輸出電阻(對(duì)TTL而言分別為14R和135R)與所用傳輸線的波阻抗(如雙絞線典型波阻抗為130R)相近似，如圖3所示。這種方法簡(jiǎn)單易行，波形畸變也較小。但由于電流流經(jīng)，使在線低壓電平上升，從而降低信號(hào)低電平的噪聲容限。一般規(guī)定低電平的升高要小于0.2V,為此應(yīng)考慮減少負(fù)載們的個(gè)數(shù)來(lái)減小電阻R上的電壓降。

　　無(wú)源終端匹配可以在接收端的邏輯門(mén)的輸入端，即傳輸線的終端并聯(lián)一個(gè)電阻，其阻值應(yīng)近似等于傳輸線的波阻抗，如圖4所示。這種方法一般僅限于發(fā)送端采用功率驅(qū)動(dòng)門(mén)的場(chǎng)合，如用普通邏輯門(mén)輸出時(shí)，并聯(lián)這樣小的電阻負(fù)載，會(huì)使其輸出高電平下降，從而一般各項(xiàng)電路的高電平噪聲容限。

　　有源終端并聯(lián)匹配，如圖5，可以克服無(wú)源終端并聯(lián)匹配時(shí)所造成的高電平噪聲容限下降。在圖中交流狀態(tài)下，電源可視為短路，與的并聯(lián)值等于傳輸阻抗的波阻抗。