将逻辑门的输出阻抗更改为50欧姆

Question

我制作了一个简单的电路，从GPS模块获取10 MHz输出，并用这个10 MHz信号校准频率计数器。我已经找到了一个由无线电爱好者ZL2PD设计的电路。电路使用74HC14施密特触发器反相器来缓冲信号。请参考以下电路。10 MHz信号从GPS模块的PPS引脚发出，然后将信号发送给施密特触发逆变器

在该电路中，4个施密特触发逆变器的输出组合在一起，电阻器与输出串联，使输出阻抗接近50Ω。我无法理解输出阻抗是如何通过将电阻器与输出串联而变为50Ω的。四个220Ω电阻器如果并联，则接近50Ω，但在此电路中，电阻器不是并联的，而是与每个栅极的输出串联的。这是如何使射频输出端口J2的输出阻抗接近50Ω的？

Answer 1

可以想象，每个门有效地输出相同的信号，因此输出也是四个并联的门。

然而，每个逻辑门都有一个内部输出阻抗，可能约为22至33欧姆，因此实际上220欧姆有点偏高，但通常足够的输出阻抗并不那么重要。

Answer 2

大约20年前，我为几个使用Rockwell文档中定义的1pps信号的MIL项目做了这方面的研究。事实证明，与驱动点阻抗为50欧姆相比，同轴电缆的远端精确地端接50欧姆要重要得多。

50欧姆源阻抗的原因是为了最小化从接收器返回电缆的能量的再反射。与大多数关于噪音和失真的事情一样，最好在生成时减少这些项目，而不是在其他地方。就你而言。从接收器返回到源的反射越小，源阻抗失配产生的再反射越小。正是这些重新反射回到接收器，将相位（定时）失真引入波形。

如果接收器完全终止电缆，则没有反射。在这种情况下，驱动点阻抗可以是任何东西。在现实世界中，接收器可以以非常接近完美的方式端接，例如49.9欧姆，但会有由电路电容、杂散电感等引起的无功分量。通常，这是电缆反射的来源。如果接收器输入设计和制作良好，则这些反射非常小，以至于它们对定时波形的相位畸变非常小。

这可以通过在驱动电路中带有输出电阻器的电缆和直接连接到IC输出的电缆时观察接收器的波形来进行测试。

与其他答案一样，输出电阻的更好值是150欧姆。

顺便说一句，在我的项目中，我使用了一个真正的50欧姆驱动器，一个带有49.9欧姆电阻接地的开关电流源。用这种方法，我可以发送一个3.5伏的脉冲，电源端接正确，只有一个5伏的轨道。

更新：

由于您仅将1 pps用作频率计数器的门信号，因此信号中的零相位失真并不重要。重要的是，无论有什么失真，都是恒定的，给频率计数器提供一致的信号。

Answer 3

带有220Ω电阻器的电路假设门输出阻抗为零，即门是电压源。为了使其输出阻抗高于零，必须添加一个串联电阻器。这些门是相同的，因此它们的输出始终处于相同的电位。因此，将电阻器连接到不同的栅极与将它们平行连接到相同的栅极没有什么不同。

现在，在实际中，逻辑系列规格决定了典型的输出阻抗，并且它高于零。

这里使用几个栅极对我们有好处。假设这些栅极有22Ω的输出阻抗。相对于220Ω串联电阻器，这仅为10%的误差。

现在假设我们只使用了一个带有50Ω串联电阻器的栅极。22Ω输出阻抗在50Ω电阻器的基础上增加了近50%的阻抗。

所以这就是为什么使用多个门并将其并联的原因。电路对每个仪表的输出阻抗不太敏感。输出阻抗随半导体工艺参数的随机扩散而变化，也随温度变化。

最后，注意四个并联的220Ω电阻器的组合电阻为55Ω。为什么不使用200Ω？因为220Ω是E系列值的5%，公差更好。该电路并不打算提供非常准确的50Ω输出阻抗。如果是这样的话，由于非零栅极输出阻抗，电阻无论如何都会小于200Ω。

在实践中，如果您想使用50Ω电缆，您可以查看负载端接信号，并调整电阻值，直到信号看起来最好，即反射产生的伪影最少。在这个时钟分布场景中，这不是一个大问题，特别是在业余应用程序中。

Answer 4

这里有四个电压源，\V_1美元\$到\V_4美元\$通过一个独立的220Ω电阻器向另一个电压源设置的电势输入/输出每个源电流\$V_0\$:

^{模拟此电路–使用创建原理图电路实验室}

每个电压源产生的电流为（根据欧姆定律）：

$$\开始{对齐}I_1&=\压裂{V_1-V_0}{R_1}\\\\I_2&=\压裂｛V_2-V_0｝｛R_2｝\\\\I_3&=\压裂{V_3-V_0}{R_3}\\\\I_4&=\压裂{V_4-V_0}{R_4}\\\\\结束{对齐}$$

根据基尔霍夫电流定律\美元I_0\$是所有这些个人捐款的总和：

$$\开始{对齐}I_0=\压裂｛V_1-V_0｝｛R_1｝+\压裂｛V_2-V_0｝｛R_2｝+\压裂｛V_3-V_0｝｛R_3｝+\压裂｛V_4-V_0｝｛R_4｝\\\\\结束{对齐}$$

当这些电压源都相同时，就像您的四个逆变器一样，并且所有电阻都相同，那么我们就得到了：

$$\开始{对齐}V&=V_1=V_2=V_3=V_4\\\\R&=R_1=R_2=R_3=R_4\\\\I_0&=\压裂{V-V_0}{R}+\压裂{V-V_0}}{R{+\压裂\\&=\压裂{1}{R}\左[（V-V_0）+\\&=\压裂{4}{R}（V-V_0）\\\\\结束{对齐}$$

稍微重新安排一下，以获得电位差与电流的比值（也称为“电阻”）：

$$\压裂{R}{4}=\压裂{V-V_0}{I_0}$$

在普通英语中，这意味着潜在差异\$V-V_0\$跨越单个电阻\$\压裂{R}{4}\$将产生相同的电流\美元I_0\$.

原始的4电源和4电阻设置与单个电压源之间没有功能或行为差异\V美元\$带单电阻\$R_0=\压裂{R}{4}\$:

^{模拟此电路}

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要学究式地说，逆变门的输出电阻只有几欧姆，这将与各个输出端的220欧姆电阻复合，这意味着总等效源阻抗将高于上面所示的55欧姆。

为了接近所需的50Ω，稍微使用电阻在下面200Ω. 如果我将逆变器输出阻抗表示为5Ω电阻器，并将220Ω设备替换为195Ω：

^{模拟此电路}

如果这些栅极的输出电阻确实为5Ω（可以通过实验确定），那么这种布置将提供等效的总输出阻抗\美元\$:

$$R=\压裂{5\Omega+195\Omega}{4}=50\ Omega$$

由于这是一个数字信号，我认为传输线的特性阻抗和源的输出阻抗之间的几欧姆差异不会产生任何严重后果，因此对于50Ω同轴传输线来说，220Ω也可以。

Answer 5

我无法理解输出阻抗是如何通过将电阻器与输出串联而变为50Ω的。四个220Ω电阻器如果并联，则接近50Ω，但在此电路中，电阻器不是并联的，而是与每个栅极的输出串联的。

输出阻抗是输出电压的微小变化与输出电流相应的微小变化之间的比率。例如，如果通过以下方式改变输出电流\$1\\mathrm{mA}\$导致输出电压变化\$50\\mathrm{mV}\$在通常的方向上，则输出阻抗为\50美元\\欧米茄\$.

就您的电路而言，让我们考虑一下如果我们将输出电压更改为\220美元\$。这将导致每个输出电阻器上的电压变化\220美元\$也。这将导致通过每个电阻器的电流变化\$1\\mathrm{mA}\$，意味着总电流将改变\$4\\mathrm{mA}\$输出阻抗定义为这两个变化之间的比率，即

$$\压裂{220\\mathrm{mV}}{4\\mathrm{mA}}=55\\Omega$$

果然，这很接近\50美元\\欧米茄\$.