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为什么我不能用低电流设置驱动一个长的PCB跟踪并获得良好的信号质量?

当IO输出电流设置较高时,驱动长PCB轨迹的LVCMOS IOs通常会在接收器处显示超调。当IO输出电流设置较低时,在长PCB记录道上接收到的波形可能会有些失真。这是驱动长PCB记录道时的常见问题。您可能会认为IO输出电流设置没有过冲和良好的信号质量,但对于较高VCCIO电压下的大多数典型LVCMOS输出,除非添加外部串联电阻器,否则通常情况并非如此。

众所周知,当IO设置为约4ma时,LVCMOS IO的稳态输出阻抗值接近典型PCB轨迹的值。鉴于此,通常认为较低的电流设置可以驱动具有良好信号质量的长PCB跟踪,并且对于从未端接的长PCB跟踪返回到输出IO的信号具有较低的反射。当在IBIS或HSPICE模拟器上模拟输出IO,或在PCB上建立输出IO时,在接收器处看到的波形通常会严重失真,在开关信号的预期最终值上下显示“阶梯”属性和反射。

波形失真的原因是,IOs在切换间隔期间并不总是看起来像恒定阻抗。当需要在其额定电流设置以上运行时,输出IO将趋向于电流限制,因此IO处的开关状态输出电压低于要求,并且在电流限制时IO的输出阻抗将大幅增加。由于没有足够的电流立即“充电”PCB迹线,开关边缘的初始部分将更少,并且由于沿PCB迹线的反射,PCB迹线充电时将出现“阶梯”波形。由于IO输出阻抗现在在当前限制的边缘过渡时间内大大增加,当返回的反射从长PCB跟踪的未端接端返回时,PCB跟踪的IO端将有更多的信号边缘反射。基本上,PCB迹线将开始充满沿PCB迹线来回反弹的不同高度的信号边缘反射,直到PCB迹线两端的反射消失。输出IO信号最终将稳定在输出IO试图切换到的最终值。如果IO的切换速度比PCB轨迹上的边缘反射消失的速度快,那么在接收器处看到的波形可能会变得相当难以识别,并且接收到的信号对于驱动输入IO不会非常有用。

通常用于改善信号质量以使全高波形到达接收器的解决方案是将输出IO设置为最大电流设置,然后在物理上靠近输出IO添加一个33欧姆的串联电阻器。这提供了与4ma IO电流设置相同的输出阻抗,但现在输出IO电流限制效应被消除,因为IO从未达到其最大电流,当然,外部电阻器也不限制电流。如果您在使用20ma设置时担心SSO,那么它并没有您想象的那么糟糕。IO输出SSO随着串联电阻器的增加而下降,现在接近VCCIO=3.3v的10ma电流设置,并且随着VCCIO电压的降低而进一步降低。
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