信号传输畸变原因及反向二极管、串联电阻解决方案

"信号传输中出现的畸变主要源于电路的输出阻抗低和传输线的分布电容、电感效应。当电路状态变化时，瞬态电流与电源电流迭加，导致地线上产生瞬变电压，形成高频寄生振荡，可能会导致后级电路的输入击穿或误动作。解决方法包括在后级电路输入端并联反向二极管进行削波，以及在输出端串联电阻来限制放电电流和降低谐振电路的Q值。此外，阻抗匹配也是关键，不匹配会导致波形反射和畸变，影响系统稳定性。通过始端或终端匹配电阻可以显著改善波形质量。" 在数字电路设计中，信号传输的畸变问题是一个重要的考虑因素。当电路从低电平转换到高电平或反之，传输线的分布电容会充放电，产生较大的瞬态电流。由于现代电路的低输出阻抗，这些电流与电源电流共同作用，使地线上的瞬变电压增大，进而引发高频寄生振荡。这种振荡可能导致两个主要问题：一是负尖峰可能导致后级电路输入端的电气击穿；二是正峰振荡超出后级电路的噪声容限，从而触发错误的逻辑响应。 为了解决这些问题，有几种实用的解决方案。一种是在后级电路的输入端并联一个反向二极管，二极管的阴极连接到输入端，阳极接地，这可以有效地削去负尖峰，防止过大的负电压影响后级电路。另一种方法是在电路输出端串联一个电阻，电阻可以限制分布电容的放电电流，并降低谐振电路的品质因数（Q值），减少振荡的发生。 在高速电路中，这个问题尤为突出，因为高速信号的上升时间短，电感和电容效应更明显。同时，信号传输过程中的阻抗匹配也至关重要。例如，TTL电路在高低电平输出时有不同的输出阻抗，而输入阻抗和传输线阻抗可能有所不同，这种不匹配会导致信号反射，进一步引起波形畸变。通过在传输线始端或终端添加匹配电阻，可以有效地减少反射，提高信号传输的质量，如图b和图c所示，实施匹配措施后，终端波形得到显著改善。 理解并解决信号传输中的畸变问题对于构建高效、可靠的数字电路至关重要。设计师需要考虑电路的输出阻抗、传输线特性、以及阻抗匹配策略，以确保信号在传输过程中保持完整性和准确性。通过适当的工程实践和技术手段，可以有效避免或减轻信号畸变，从而提高整个系统的稳定性和性能。