为什么SPI信号输出端加22Ω或33Ω电阻？

当单片机使用SPI控制信号连接到传感器或者控制器时，串接22Ω或33Ω电阻的主要原因在于抑制反射和振铃。

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反射与源端匹配的原理

在高速数字信号传输中，当信号的驱动端（如单片机或FPGA）输出到负载端（如传感器）时，会经过PCB上的传输线。

如果传输线的特性阻抗 Z0与驱动源的输出阻抗 Zd不匹配，会引发信号的反射。

反射会导致信号波形的失真，造成振铃、过冲等问题，特别是在信号上升沿和下降沿处显著。

源端匹配就是通过在驱动端串联一个电阻 R，使得信号源的输出阻抗加上串联电阻达到与传输线阻抗 Z0 匹配，以减少反射。

因此，通过在源端串接电阻 R=Z0−Zd，可以优化阻抗匹配，从而有效抑制反射。

而22Ω或33Ω电阻通常是经验所得的合理数值，适用于多数数字电路

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数字电路匹配

在射频电路中，通常会使用电感、电容等无源器件进行匹配，这种匹配被称为共轭匹配（conjugate matching）。

其目的是使信号能量最大化地传输至负载，且往往要求精确的50Ω匹配。

然而，数字电路的匹配方式较为简单，目标是抑制反射，而非能量最大传输，因此通常采用电阻来进行源端匹配。

电阻匹配的方法不仅简化了设计，也在信号完整性与实际操作成本之间提供了合理的平衡。

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为什么选择22Ω或33Ω？

实际操作中，数字器件的输出阻抗 Zd往往并不理想，且存在较大的差异性。

例如，甚至同一型号的芯片，其输出阻抗在不同的工作条件下也会有所不同。

论坛和文献中提到的一些理论公式，如Zo = (Vdd-VOH) / IOH以及Zo = VOL/IOL，只能作为一个参考，而非绝对的计算标准。

基于经验，22Ω或33Ω的电阻往往可以在大多数情况下减少振铃和反射，因此被广泛采用。

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实际设计中的调试

在实际设计中，由于器件和PCB布局的差异，电阻值可能需要微调，因此设计时通常会在PCB上预留电阻焊盘。

调试时，可以在不同阻值下使用示波器观察波形，逐步调整电阻，直到波形的振铃和过冲达到最低。这样可以在设计初期为后续的调试和优化提供灵活性。

串接22Ω或33Ω电阻的做法体现了数字电路设计中“源端匹配”的重要性。通过合理的电阻匹配，能抑制振铃和反射，保证信号的稳定和可靠性。