阻抗与阻抗匹配

DCI（digitally controlled impedance）即数字控制阻抗，它的作用是为了保证阻抗匹配进而提升信号质量的，也就是保证信号完整性。数字控制阻抗从字面意思可以看出是可调控的阻抗，来适应不同场景的应用。在学习DCI前我们可以简单的粗浅的了解一下为什么要做阻抗匹配。

什么是阻抗？

       阻抗就是描述电路中对电流所起的阻碍作用，例如电阻可以阻碍电流流动进而实现阻抗控制，通过欧姆定律可以得知电阻越大，电流也就越小。电容隔直通交，电感隔交通直，都是再说阻抗的效果，其实PCB板上的信号线本身就是有阻抗。总结来说，阻抗所体现的效果就是电流变小了。阻抗一般用Z来表示，它是一个复数，实部为电阻，虚部为电抗，电容和电感在电路中对交流电引起阻碍作用的总称为电抗。

为什么要阻抗匹配？

       因为阻抗不匹配超过一定程度会引起反射情况发现，进而出现过充、下冲和振铃等现象，导致信息完整性受损。

      对于反射，有些不是很恰当但比较形象的例子，例如一束光从空气摄入水面会产生折射和反射情况，这就是因为光在两种不同介质中传播所呈现的物理现象，例如在这一面很大的墙面前吼一嗓子，会听到回声，如果没有这个墙是听不到的，因为声波遇墙反射了，再比如，打沙袋，如何沙袋装棉花，打上去会闪一下胳膊，如果装铁块，手大概是废了，如果恰到好处的能泄力打得才爽。以上这些例子都体现了在传播遇阻时的情况。

      信号其实就是电流，电流描述的是电荷在电路中单位时间内流动的速率。例如电阻就是对电流的流动起到了阻碍作用，这个作用体现在碰撞和能量转换两方面，碰撞是由于电阻中的原子比较多，电子到达电阻后，容易和原子发生碰撞，这能降低了电子通过电阻的速度，能量转换是电子会与电阻中的原子和分子相互作用产生热量。所以从微观角度来说，电子遇到电阻其流动速度也会减慢，当达到一定程度就会引起反射，对于频率较低的信号反射也没什么，因为反射回去也是相同电平信号的叠加，但对于高频信号，由于波长很短，在几厘米的信号传输线中可能会有几个方波在传递，如果有信号反射回去则会产生信号的叠加效果，当我们在示波器上观察，就会发现方波上升沿多个尖或下降沿多个尖，或者信号叠加出来波动现象的振铃。如果阻抗匹配处处一致，那流动起来想想也舒坦，舒坦就体现在信号的完整性非常好，发出来的方波在接收端一点畸变都没有。也就不会出现这些情况了。另外，阻抗过大过小到一定程度都会引起反射现象，较大的负载阻抗会导致信号在传输线上无法有效地传输到负载端，部分信号能量会被反射回信号源端。当负载阻抗比信号源的输出阻抗要小很多时，负载阻抗无法有效吸收信号源的输出能量，部分信号会反射回信号源，如此可见阻抗匹配的重要性。

此外，信号匹配不只是终端，还有传输线路，一般在PCB设计时也会固定信号线的阻值与源端匹配，终端的匹配方法，一般是添加终端电阻，但现今PCB板日趋复杂，芯片I/O也越来越多，在PCB上添加大量的固定电阻不仅怎讲了布线难度，对信号质量的保证也会打些折扣。所以更多的芯片厂家将终端电阻放到芯片内部，这样可以减少了板面积和元件数量，而Xilinx则更卷，不仅内置终端电阻，还开发了数字控制阻抗（DCI）技术，利用数字控制的方式改变电阻值来动态调整终端阻抗，以适应不同信号的要求可以更灵活地满足不同信号线的要求。

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