为什么SPI信号输出端加22Ω或33Ω电阻？

电子设计联盟

poizswhlm2y64066434708.gif

3 U6 n! s3 e) t7 B  Z点击上方蓝色字体，关注我们
# P  p  g+ C. a. F

vnyuwciwyec64066434808.png

8 C$ T% H7 p! B! E
- t8 o9 w" h; ?4 {1
# u7 B. v; Y8 R# i& p反射与源端匹配的原理
# G/ ]2 T4 o' [8 h  X2 y在高速数字信号传输中，当信号的驱动端（如单片机或FPGA）输出到负载端（如传感器）时，会经过PCB上的传输线。

如果传输线的特性阻抗 Z0与驱动源的输出阻抗 Zd不匹配，会引发信号的反射。

- o) A' C6 m1 e4 e. k8 @: a4 d* a反射会导致信号波形的失真，造成振铃、过冲等问题，特别是在信号上升沿和下降沿处显著。
9 q. j+ }& `% ^- d, y: U
源端匹配就是通过在驱动端串联一个电阻 R，使得信号源的输出阻抗加上串联电阻达到与传输线阻抗 Z0 匹配，以减少反射。

, Q9 s) `% x( J. J

irwiu3xvz4164066434908.png

- }, s; f( \- z& x9 T7 D2 q
因此，通过在源端串接电阻 R=Z0?Zd，可以优化阻抗匹配，从而有效抑制反射。
! l/ W5 s3 L, O2 p8 y* i
而22Ω或33Ω电阻通常是经验所得的合理数值，适用于多数数字电路。
2
  t" E& N* T( k" g数字电路匹配
在射频电路中，通常会使用电感、电容等无源器件进行匹配，这种匹配被称为共轭匹配（conjugate matching）。

其目的是使信号能量最大化地传输至负载，且往往要求精确的50Ω匹配。
! r% C6 D5 c3 P' Z* z
4 s: E5 g- Z! x: X5 E3 @然而，数字电路的匹配方式较为简单，目标是抑制反射，而非能量最大传输，因此通常采用电阻来进行源端匹配。
% \4 |' {( l: M" S+ j6 L
+ i9 s* y' S2 A9 ~" |  T, n! A电阻匹配的方法不仅简化了设计，也在信号完整性与实际操作成本之间提供了合理的平衡。
$ K# l7 ^% x( h( d. e3
( J5 U+ U* D" X6 H3 M
为什么选择22Ω或33Ω？
( H" |5 d+ v7 {7 S- z, o2 ^1 v0 C
实际操作中，数字器件的输出阻抗 Zd往往并不理想，且存在较大的差异性。

例如，甚至同一型号的芯片，其输出阻抗在不同的工作条件下也会有所不同。

论坛和文献中提到的一些理论公式，如Zo = (Vdd-VOH) / IOH以及Zo = VOL/IOL，只能作为一个参考，而非绝对的计算标准。

glyeik4t3ek64066435008.png

' d: B8 b5 w  K3 N, [基于经验，22Ω或33Ω的电阻往往可以在大多数情况下减少振铃和反射，因此被广泛采用。
4
实际设计中的调试
在实际设计中，由于器件和PCB布局的差异，电阻值可能需要微调，因此设计时通常会在PCB上预留电阻焊盘。
9 O5 u: P" K! j6 w
调试时，可以在不同阻值下使用示波器观察波形，逐步调整电阻，直到波形的振铃和过冲达到最低。
: i* P( A$ E$ H2 u0 a
这样可以在设计初期为后续的调试和优化提供灵活性。
; r1 E) q2 l! E; P8 e4 @+ S! y
串接22Ω或33Ω电阻的做法体现了数字电路设计中“源端匹配”的重要性。
" x8 _! ?- d+ u. N
通过合理的电阻匹配，能抑制振铃和反射，保证信号的稳定和可靠性。

wceza34uy2i64066435108.jpg

myphd3aafkc64066435208.gif

% T9 t7 }5 G3 {% D! @/ J6 [5 V; ]点击阅读原文，更精彩~