阻抗匹配
为什么要阻抗匹配_电路阻抗大好还是小好
为什么要阻抗匹配_电路阻抗大好还是小好
阻抗匹配简介阻抗匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配，得到最大功率输出的一种工作状态。
对于不同特性的电路，匹配条件是不一样的。
在纯电阻电路中，当负载电阻等于激励源内阻时，则输出功率为最大，这种工作状态称为匹配，否则称为失配。
为什么要阻抗匹配_阻抗匹配的重要性阻抗匹配是指信号源或者传输线跟负载之间达到一种适合的搭配。
阻抗匹配主要有两点作用，调整负载功率和抑制信号反射。
1、调整负载功率
假定激励源已定，那么负载的功率由两者的阻抗匹配度决定。
对于一个理想化的纯电阻电路或者低频电路，由电感、电容引起的电抗值基本可以忽略，此时电路的阻抗来源主要为电阻。
如图2所示，电路中电流I=U/（r+R），负载功率P=I*I*R。
由以上两个方程可得当R=r时P取得最大值，Pmax=U*U/（4*r）。
图2 负载功率调整
2、抑制信号反射
当一束光从空气射向水中时会发生反射，这是因为光和水的光导特性不同。
同样，当信号传输中如果传输线上发生特性阻抗突变也会发生反射。
波长与频率成反比，低频信号的波长远远大于传输线的长度，因此一般不用考虑反射问题。
高频领域，当信号的波长与传输线长出于相同量级时反射的信号易与原信号混叠，影响信号质量。
通过阻抗匹配可有效减少、消除高频信号反射。
是否什么时候都要考虑阻抗匹配？在普通的宽频带放大器中，因为输出阻抗为50Ω，所以需要考虑在功率传输电路中进行阻抗匹配。
但是，实际上当电缆的长度对于信号的波长来说可以忽略不计时，就勿需阻抗匹配的。
阻抗匹配概念
阻抗匹配概念阻抗匹配概念阻抗匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配，得到最大功率输出的一种工作状态。
对于不同特性的电路，匹配条件是不一样的。
在纯电阻电路中，当负载电阻等于激励源内阻时，则输出功率为最大，这种工作状态称为匹配，否则称为失配。
当激励源内阻抗和负载阻抗含有电抗成份时，为使负载得到最大功率，负载阻抗与内阻必须满足共扼关系，即电阻成份相等，电抗成份只数值相等而符号相反。
这种匹配条件称为共扼匹配。
阻抗匹配（Impedance matching）是微波电子学里的一部分，主要用于传输线上，来达至所有高频的微波信号皆能传至负载点的目的，不会有信号反射回来源点，从而提升能源效益。
大体上，阻抗匹配有两种，一种是透过改变阻抗力（lumped-circuit matching），另一种则是调整传输线的波长（transmission line matching）。
要匹配一组线路，首先把负载点的阻抗值，除以传输线的特性阻抗值来归一化，然后把数值划在史密夫图表上。
改变阻抗力把电容或电感与负载串联起来，即可增加或减少负载的阻抗值，在图表上的点会沿著代表实数电阻的圆圈走动。
如果把电容或电感接地，首先图表上的点会以图中心旋转180度，然后才沿电阻圈走动，再沿中心旋转180度。
重覆以上方法直至电阻值变成1，即可直接把阻抗力变为零完成匹配。
调整传输线由负载点至来源点加长传输线，在图表上的圆点会沿著图中心以逆时针方向走动，直至走到电阻值为1的圆圈上，即可加电容或电感把阻抗力调整为零，完成匹配阻抗匹配则传输功率大，对于一个电源来讲，单它的内阻等于负载时，输出功率最大，此时阻抗匹配。
最大功率传输定理，如果是高频的话，就是无反射波。
对于普通的宽频放大器，输出阻抗50Ω，功率传输电路中需要考虑阻抗匹配，可是如果信号波长远远大于电缆长度，即缆长可以忽略的话，就无须考虑阻抗匹配了。
阻抗匹配是指在能量传输时,要求负载阻抗要和传输线的特征阻抗相等,此时的传输不会产生反射,这表明所有能量都被负载吸收了.反之则在传输中有能量损失。
传输线理论阻抗匹配
2. 串联单支节公式：
BL
t
tg
d
BL
2Y0
GL Y0
Y0
GL
2
BL2
GL Y0
GL Y0 GL Y0
d的两个主要解为：
d
d
1
2
1
2
arctgt t
+arctgt
0
t
0
Z0
Z 1/Y Z0
ZL
Z0
l
短路或 开路
2020/7/22
28
短路支节：lsc
1
2
arctg
（3.3）
假定信号源阻抗是固定的，考虑以下三种负载阻抗情况：
负载与传输线匹配（ZL= Z0）
传给负载传输的功率
ГL=0
P
1 2
EG
2
Z0
Z0
RG 2 XG 2
（3.4）
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6
信号源与端接传输线匹配（Zin= ZG） Гin=0
传给负载传输的功率
P 1 2
EG 2 4
RG
RG2
yL
负载匹配，加＋j 0.3
归一化导纳落在
zL
1 j圆b周上
归一化导纳 y 0.4 j0.5
z 1 j1.2
阻抗 z 1 j1.2 要落在归一化阻抗圆周上 1 jx
串联电抗 x j1.2
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由此得到相应的元件值为：
C b 0.92pF;
2 fZ0
C 1 2.61pF;
Zin
Z
* G
假定信号源的内阻抗为固定，可改变输入阻抗Zin使送 到负载的功率最大。
通信电子中的阻抗匹配技术
通信电子中的阻抗匹配技术随着通信电子技术的不断发展，阻抗匹配技术在信号处理和传输中的重要性也日益突显，被广泛应用于各种通信系统中。
阻抗匹配技术可以帮助提高通信系统的传输效率和信号质量，从而最大限度地提高信号的可靠性和稳定性，为我们带来了更加便捷和高效的通信体验。
1. 阻抗匹配技术的基础知识阻抗是指在电路中呈现出的供电源的电容和电感的反抗，它是电路的一种特性。
在通信电子系统中，阻抗匹配技术是把两种不同阻抗的电路连接在一起时，通过适当的元器件调整电路中阻抗的大小，使得两种电路的阻抗相等，从而达到信号的传输和处理。
阻抗匹配技术可分为串联匹配和并联匹配。
串联匹配是将电阻、电感等元器件串联在信号传输线路上，通过元器件的阻抗特性阻止信号的反射，并消除传输线上的阻抗不匹配问题。
而并联匹配则是将元器件并联在信号传输线路上，以达到同样的效果。
2. 阻抗匹配技术的应用领域阻抗匹配技术被广泛应用于通信电子系统中的各个方面，如无线通信、广播电视、卫星通信、有线通信等。
下面以无线通信为例，简要介绍阻抗匹配技术的应用：（1）手机天线阻抗匹配在手机通信中，天线是连接手机和基站之间的关键组成部分。
为了提高手机与基站之间的通信质量，需要通过合适的阻抗匹配电路匹配天线和手机的阻抗，从而减少信号的反射和干扰，提升信号质量和传输速率，使得手机通信更加可靠、稳定。
在手机中，通常使用调谐电路和天线封装在一起，形成一个整体天线组件，以实现天线阻抗匹配。
（2）基站天线阻抗匹配与手机天线阻抗匹配类似，基站天线阻抗匹配同样非常重要。
基站天线用于接收和发射信号，如果阻抗不匹配，将会造成信号的反射和干扰，导致通信效果不佳。
因此，在基站中也需要使用阻抗匹配技术，通过适当的调整电路中的元器件来匹配天线和基站的阻抗，以提高信号传输的效率和质量。
（3）无线传感器阻抗匹配无线传感器是物联网中重要的组成部分，它们可以通过无线信号实现对周围环境的监测和控制。
在无线传感器中，需要通过阻抗匹配技术来消除信号的反射和干扰，以提高信号传输速率和抗干扰能力，从而提高整个传感系统的信号质量和稳定性。
RF电路分析——阻抗匹配
RF电路分析——阻抗匹配RF电路中的阻抗匹配是一个非常重要的概念，它在保证信号传输和能量传递的同时，最大化提高系统的效率。
本文将从理论和实际应用两个方面，介绍阻抗匹配的概念和方法。
首先，我们需要了解阻抗的概念。
在RF电路中，阻抗是指电路中的电流和电压之间的比值，通常用复数表示。
阻抗由两个参数组成：阻抗大小（模）和阻抗相位（角度）。
阻抗大小反映了电流和电压的比例关系，而阻抗相位代表了电流和电压之间的时间差。
在RF电路中，如果不同部分的阻抗不匹配，就会导致信号的损失和反射。
这种反射会产生回波，在系统中形成驻波，从而降低了功率传输效率。
因此，阻抗匹配是为了减少信号反射和提高系统效率的重要手段。
一种常见的阻抗匹配方法是使用变压器。
变压器具有恒压传输特性，可以将输入的高阻抗变成输出的低阻抗，或者将低阻抗变成高阻抗。
这种变压器的两个线圈之间通过互感耦合，使得输入和输出之间的能量传输更加高效。
变压器的阻抗匹配适用于宽频段的应用，可以有效提高系统的频响性能。
另一种常见的阻抗匹配方法是使用网络匹配电路。
网络匹配电路由一系列电感、电容和电阻组成，可以通过调整这些元件的阻抗来匹配不同部分之间的阻抗。
其中最常用的网络匹配电路是pi型和T型的匹配电路。
这两种匹配电路可以分别将高阻抗变成低阻抗或者将低阻抗变成高阻抗。
在实际应用中，阻抗匹配有许多重要的应用。
例如，在无线通信系统中，发射天线和接收天线之间的阻抗匹配是非常重要的，以确保尽可能多的信号能够传输到接收端。
此外，在射频功率放大器中，阻抗匹配可以最大化功率的传输和转换效率，确保系统能够以最佳性能工作。
总之，在RF电路中，阻抗匹配是一项重要的技术，它可以最大限度地提高信号传输和能量传递的效率。
使用变压器和网络匹配电路是常见的手段，可以将不同部分之间的阻抗进行匹配。
在实际应用中，阻抗匹配有许多重要的应用，如无线通信和功率放大器。
通过合理地进行阻抗匹配，可以提高系统的性能和效率。
阻抗匹配
信号传输过程中负载阻抗和信源内阻抗之间的特定配合关系。
一件器材的输出阻抗和所连接的负载阻抗之间所应满足的某种关系，以免接上负载后对器材本身的工作状态产生明显的影响。
对电子设备互连来说，例如信号源连放大器，前级连后级，只要后一级的输入阻抗大于前一级的输出阻抗5-10倍以上，就可认为阻抗匹配良好；对于放大器连接音箱来说，电子管机应选用与其输出端标称阻抗相等或接近的音箱，而晶体管放大器则无此限制，可以接任何阻抗的音箱。
匹配条件①负载阻抗等于信源内阻抗，即它们的模与辐角分别相等，这时在负载阻抗上可以得到无失真的电压传输。
②负载阻抗等于信源内阻抗的共轭值，即它们的模相等而辐角之和为零。
这时在负载阻抗上可以得到最大功率。
这种匹配条件称为共轭匹配。
如果信源内阻抗和负载阻抗均为纯阻性，则两种匹配条件是等同的。
阻抗匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配，得到最大功率输出的一种工作状态。
对于不同特性的电路，匹配条件是不一样的。
在纯电阻电路中，当负载电阻等于激励源内阻时，则输出功率为最大，这种工作状态称为匹配，否则称为失配。
当激励源内阻抗和负载阻抗含有电抗成份时，为使负载得到最大功率，负载阻抗与内阻必须满足共扼关系，即电阻成份相等，电抗成份绝对值相等而符号相反。
这种匹配条件称为共扼匹配。
阻抗匹配（Impedance matching）是微波电子学里的一部分，主要用于传输线上，来达至所有高频的微波信号皆能传至负载点的目的，不会有信号反射回来源点，从而提升能源效益。
史密夫图表上。
电容或电感与负载串联起来，即可增加或减少负载的阻抗值，在图表上的点会沿著代表实数电阻的圆圈走动。
如果把电容或电感接地，首先图表上的点会以图中心旋转180度，然后才沿电阻圈走动，再沿中心旋转180度。
重覆以上方法直至电阻值变成1，即可直接把阻抗力变为零完成匹配。
共轭匹配在信号源给定的情况下，输出功率取决于负载电阻与信号源内阻之比K，当两者相等，即K=1时，输出功率最大。
阻抗匹配方法
阻抗匹配方法
1. 什么是阻抗匹配
阻抗匹配是一种用来匹配电气设备输出阻抗与它的负载阻抗的
技术。
在电气系统中，将负载与大功率的源连接时，必须使大功率源的输出阻抗与负载的阻抗相匹配，二者之间的匹配被称为“阻抗匹配”，阻抗匹配技术使电路可以将最大的功率输出到负载中，使得系统正常运行，达到预期的效果。
2. 阻抗匹配的目的
能够有效地将电气信号从源端传输到负载端，以获得较好的信号传递质量，确保系统有效地工作，减少噪声，以及防止系统损坏。
3. 如何匹配阻抗
（1）使用具有非常低的阻抗值（2）使用可调节的阻抗变压器（3）使用改变负载电阻的装置（4）使用特殊的变压器，如：带有阻抗变
化因子的变压器（5）使用带有阻抗变化因子的网络变压器（双臂变
压器）（6）使用可调谐的特殊线圈（7）使用电容，电感或晶体管组
成的混合电路。
- 1 -。
什么是阻抗？什么是阻抗匹配？为什么要阻抗匹配？
什么是阻抗？什么是阻抗匹配？为什么要阻抗匹配？什么是阻抗？具有电阻、电感和电容的电路里，对交流电所起的阻碍作用叫做阻抗。
阻抗常用Z表示。
阻抗由电阻、感抗和容抗三者组成，但不是三者简单相加。
如果三者是串联的，又知道交流电的频率f、电阻R、电感L和电容C，那么串联电路的阻抗阻抗的单位是欧。
对于一个具体电路，阻抗不是不变的，而是随着频率变化而变化。
在电阻、电感和电容串联电路中，电路的阻抗一般来说比电阻大。
也就是阻抗减小到最小值。
在电感和电容并联电路中，谐振的时候阻抗增加到最大值，这和串联电路相反。
阻抗匹配在高频设计中是一个常用的概念，这篇文章对这个“阻抗匹配”进行了比较好的解析。
回答了什么是阻抗匹配。
阻抗匹配（Impedance matching）是微波电子学里的一部分，主要用于传输线上，来达至所有高频的微波信号皆能传至负载点的目的，不会有信号反射回来源点，从而提升能源效益。
大体上，阻抗匹配有两种，一种是透过改变阻抗力（lumped-circuit matching），另一种则是调整传输线的波长（transmission line matching）。
要匹配一组线路，首先把负载点的阻抗值，除以传输线的特性阻抗值来归一化，然后把数值划在史密夫图表上。
改变阻抗力把电容或电感与负载串联起来，即可增加或减少负载的阻抗值，在图表上的点会沿著代表实数电阻的圆圈走动。
如果把电容或电感接地，首先图表上的点会以图中心旋转180度，然后才沿电阻圈走动，再沿中心旋转180度。
重覆以上方法直至电阻值变成1，即可直接把阻抗力变为零完成匹配。
调整传输线由负载点至来源点加长传输线，在图表上的圆点会沿著图中心以逆时针方向走动，直至走到电阻值为1的圆圈上，即可加电容或电感把阻抗力调整为零，完成匹配。
阻抗匹配则传输功率大，对于一个电源来讲，单它的内阻等于负载时，输出功率最大，此时阻抗匹配。
最大功率传输定理，如果是高频的话，就是无反射波。
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差分的匹配多数采用终端的匹配；时钟采用源端匹配；
1、串联终端匹配
串联终端匹配的理论出发点是在信号源端阻抗低于传输线特征阻抗的条件下，在信号的源端和传输线之间串接一个电阻R，使源端的输出阻抗与传输线的特征阻抗相匹配，抑制从负载端反射回来的信号发生再次反射.
串联终端匹配后的信号传输具有以下特点：
A 由于串联匹配电阻的作用，驱动信号传播时以其幅度的50％向负载端传播；
B 信号在负载端的反射系数接近＋1，因此反射信号的幅度接近原始信号幅度的50％。
C 反射信号与源端传播的信号叠加，使负载端接受到的信号与原始信号的幅度近似相同；
D 负载端反射信号向源端传播，到达源端后被匹配电阻吸收；？
E 反射信号到达源端后，源端驱动电流降为0，直到下一次信号传输。
相对并联匹配来说，串联匹配不要求信号驱动器具有很大的电流驱动能力。
选择串联终端匹配电阻值的原则很简单，就是要求匹配电阻值与驱动器的输出阻抗之和与传输线的特征阻抗相等。
理想的信号驱动器的输出阻抗为零，实际的驱动器总是有比较小的输出阻抗，而且在信号的电平发生变化时，输出阻抗可能不同。
比如电源电压为＋4.5V的CMOS驱动器，在低电平时典型的输出阻抗为37Ω，在高电平时典型的输出阻抗为45Ω[4]；TTL驱动器和CMOS驱动一样，其输出阻抗会随信号的电平大小变化而变化。
因此，对TTL 或CMOS 电路来说，不可能有十分正确的匹配电阻，只能折中考虑。
链状拓扑结构的信号网路不适合使用串联终端匹配，所有的负载必须接到传输线的末端。
否则，接到传输线中间的负载接受到的波形就会象图3.2.5中C点的电压波形一样。
可以看出，有一段时间负载端信号幅度为原始信号幅度的一半。
显然这时候信号处在不定逻辑状态，信号的噪声容限很低。
串联匹配是最常用的终端匹配方法。
它的优点是功耗小，不会给驱动器带来额外的直流负载，也不会在信号和地之间引入额外的阻抗；而且只需要一个电阻元件。
2、并联终端匹配
并联终端匹配的理论出发点是在信号源端阻抗很小的情况下，通过增加并联电阻使负载端输入阻抗与传输线的特征阻抗相匹配，达到消除负载端反射的目的。
实现形式分为单电阻和双电阻两种形式。
并联终端匹配后的信号传输具有以下特点：
A 驱动信号近似以满幅度沿传输线传播；
B 所有的反射都被匹配电阻吸收；
C 负载端接受到的信号幅度与源端发送的信号幅度近似相同。
在实际的电路系统中，芯片的输入阻抗很高，因此对单电阻形式来说，负载端的并联电阻值必须与传输线的特征阻抗相近或相等。
假定传输线的特征阻抗为50Ω，则R值为50Ω。
如果信号的高电平为5V，则信号的静态电流将达到100mA。
由于典型的TTL或CMOS电路的驱动能力很小，这种单电阻的并联匹配方式很少出现在这些电路中。
双电阻形式的并联匹配，也被称作戴维南终端匹配，要求的电流驱动能力比单电阻形式小。
这是因为两电阻的并联值与传输线的特征阻抗相匹配，每个电阻都比传输线的特征阻抗大。
考虑到芯片的驱动能力，两个电阻值的选择必须遵循三个原则：
⑴．两电阻的并联值与传输线的特征阻抗相等；
⑵．与电源连接的电阻值不能太小，以免信号为低电平时驱动电流过大；
⑶．与地连接的电阻值不能太小，以免信号为高电平时驱动电流过大。
并联终端匹配优点是简单易行；显而易见的缺点是会带来直流功耗：单电阻方式的直流功耗与信号的占空比紧密相关？；双电阻方式则无论信号是高电平还是低电平都有直流功耗。
因而不适用于电池供电系统等对功耗要求高的系统。
另外，单电阻方式由于驱动能力问题在一般的TTL、CMOS系统中没有应用，而双电阻方式需要两个元件，这就对PCB的板面积提出了要求，因此不适合用于高密度印刷电路板。
当然还有：AC终端匹配；基于二极管的电压钳位等匹配方式。
高速PCB设计中的阻抗匹配（资料整理）
阻抗匹配
阻抗匹配是指在能量传输时，要求负载阻抗要和传输线的特征阻抗相等，此时的传输不会产生反射，这表明所有能量都被负载吸收了。
反之则在传输中有能量损失。
在高速PCB设计中，阻抗的匹配与否关系到信号的质量优劣。
PCB走线什么时候需要做阻抗匹配？
不主要看频率，而关键是看信号的边沿陡峭程度，即信号的上升/下降时间，一般认为如果信号的上升/下降时间（按10%～90%计）小于6倍导线延时，就是高速信号，必须注意阻抗匹配的问题。
导线延时一般取值为150ps/inch。
特征阻抗
信号沿传输线传播过程当中，如果传输线上各处具有一致的信号传播速度，并且单位长度上的电容也一样，那么信号在传播过程中总是看到完全一致的瞬间阻抗。
由于在整个传输线上阻抗维持恒定不变，我们给出一个特定的名称，来表示特定的传输线的这种特征或者是特性，称之为该传输线的特征阻抗。
特征阻抗是指信号沿传输线传播时，信号看到的瞬间阻抗的值。
特征阻抗与PCB导线所在的板层、PCB所用的材质（介电常数）、走线宽度、导线与平面的距离等因素有关，与走线长度无关。
特征阻抗可以使用软件计算。
高速PCB布线中，一般把数字信号的走线阻抗设计为50欧姆，这是个大约的数字。
一般规定同轴电缆基带50欧姆，频带75欧姆，对绞线（差分）为100欧姆。
常见阻抗匹配的方式
1、串联终端匹配
在信号源端阻抗低于传输线特征阻抗的条件下，在信号的源端和传输线之间串接一个电阻R，使源端的输出阻抗与传输线的特征阻抗相匹配，抑制从负载端反射回来的信号发生再次反射。
匹配电阻选择原则：匹配电阻值与驱动器的输出阻抗之和等于传输线的特征阻抗。
常见的C MOS和TTL驱动器，其输出阻抗会随信号的电平大小变化而变化。
因此，对TTL或CMOS电路来说，不可能有十分正确的匹配电阻，只能折中考虑。
链状拓扑结构的信号网路不适合使用串联终端匹配，所有的负载必须接到传输线的末端。
串联匹配是最常用的终端匹配方法。
它的优点是功耗小，不会给驱动器带来额外的直流负载，也不会在信号和地之间引入额外的阻抗，而且只需要一个电阻元件。
常见应用：一般的CMOS、TTL电路的阻抗匹配。
USB信号也采样这种方法做阻抗匹配。
2、并联终端匹配
在信号源端阻抗很小的情况下，通过增加并联电阻使负载端输入阻抗与传输线的特征阻抗相匹配，达到消除负载端反射的目的。
实现形式分为单电阻和双电阻两种形式。
匹配电阻选择原则：在芯片的输入阻抗很高的情况下，对单电阻形式来说，负载端的并联电阻值必须与传输线的特征阻抗相近或相等；对双电阻形式来说，每个并联电阻值为传输线特征阻抗的两倍。
并联终端匹配优点是简单易行，显而易见的缺点是会带来直流功耗：单电阻方式的直流功耗与信号的占空比紧密相关；双电阻方式则无论信号是高电平还是低电平都有直流功耗，但电流比单电阻方式少一半。
常见应用：以高速信号应用较多。
（1）DDR、DDR2等SSTL驱动器。
采用单电阻形式，并联到VTT（一般为IOVDD的一半）。
其中DDR2数据信号的并联匹配电阻是内置在芯片中的。
（2）TMDS等高速串行数据接口。
采用单电阻形式，在接收设备端并联到IOVDD，单端阻抗为50欧姆（差分对间为100欧姆）。