如何在 USB 或其他串行通信线上进行“阻抗匹配”?

电器工程 USB 串行 阻抗 电抗
2022-01-19 05:21:05

有人告诉我,在 USB 上进行高速传输时,阻抗匹配很重要。

我假设实践中的“阻抗”匹配意味着“电抗”匹配。

但是,你怎么能做到这一点,因为(根据定义,因为它是一条通信线路)你不知道信号会是什么样子?我是说:

a)在一个极端,(二进制)101010101010101010101..... b)在另一个极端,一堆loooong,与零相同(或255和0,或者你描述它)

换句话说,频率介于 DC 和 bps/2 之间吗?

2个回答

匹配阻抗并不仅仅意味着电抗匹配,并且当阻抗正确匹配时,传输的数据或频率内容无关紧要。

USB 数据线具有 90 欧姆的波阻抗,因此无限长的传输线看起来像一个 90 欧姆电阻器,用于在电磁波在电缆中传播时永久施加的直流信号。这就是为什么长度有限的传输线(如电缆)必须以 90 欧姆端接,以使其看起来长度无限,并且传输的数据脉冲不会看到阻抗不连续,因此不会从接收器反射回发射机。

USB 信号频谱不会下降到 DC,因为它使用称为位填充的线路编码 - 数据不会是恒定的 DC,好像有太多位没有转换,然后添加额外的转换以强制进行转换以保持接收器和发射器同步。

USB 电缆是具有特性阻抗(标称 90 欧姆)的传输线。在本文中,“阻抗匹配”是指以特性阻抗端接线路以避免反射,从而确保良好的信号完整性。

USB2 DP/DM 线是半双工双向的,因此需要在一端或另一端端接,具体取决于数据方向以及使用的是全速还是高速。SuperSpeed 对是单向的,因此只需要在接收端终止。

DP/DM 对还具有特定的上拉/下拉行为,以识别电缆插件、感知下游外围速度和感知上游功率传输能力。它还具有执行重置和其他管理的非差分状态。请注意,此行为与阻抗终止设置是分开的。

USB PHY 和控制器会为您解决所有这些问题。作为电路板或系统设计师,您的工作只是确保电路板和电缆中的阻抗正确。

最后,DP/DM 对被认为是 DC 信号,即使协议通过“位填充”限制每个的运行长度,但对 0 或 1 的运行长度没有固有的敏感性,这样做是为了使 USB2 接收器 PHY 可以保持锁定并恢复数据。SuperSpeed 对是交流耦合的,因此使用编码来确保不引入直流偏置,这是它与 PCI Express、SATA 和其他 serdes 协议共享的技术。