什么是阻抗匹配,阻抗匹配原理詳解-KIA MOS管

什么是阻抗匹配？

阻抗匹配指通過調(diào)整輸入阻抗和輸出阻抗來使得電子器件滿足一定條件，通常該條件是使得系統(tǒng)傳輸功率最大或者使得信號反射最小。例如，再無線傳輸系統(tǒng)中需要匹配射頻發(fā)射設(shè)備和接受天線的阻抗以此來實(shí)現(xiàn)傳輸功率最大化。

1. 調(diào)整負(fù)載功率

假定激勵(lì)源已定，那么負(fù)載的功率由兩者的阻抗匹配度決定。對于一個(gè)理想化的純電阻電路或者低頻電路，由電感、電容引起的電抗值基本可以忽略，此時(shí)電路的阻抗來源主要為電阻。如圖所示，電路中電流I=U/(r+R)，負(fù)載功率P=I*I*R。由以上兩個(gè)方程可得當(dāng)R=r時(shí)P取得最大值，Pmax=U*U/(4*r)。

2. 抑制信號反射

當(dāng)一束光從空氣射向水中時(shí)會發(fā)生反射，這是因?yàn)楣夂退墓鈱?dǎo)特性不同。同樣，當(dāng)信號傳輸中如果傳輸線上發(fā)生特性阻抗突變也會發(fā)生反射。波長與頻率成反比，低頻信號的波長遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳輸線的長度，因此一般不用考慮反射問題。高頻領(lǐng)域，當(dāng)信號的波長與傳輸線長出于相同量級時(shí)反射的信號易與原信號混疊，影響信號質(zhì)量。通過阻抗匹配可有效減少、消除高頻信號反射。

阻抗匹配作用

最大功率傳輸：對信號源和負(fù)載進(jìn)行阻抗匹配，可以實(shí)現(xiàn)傳輸功率最大化，提高能量轉(zhuǎn)換性能；

最小反射損耗：匹配阻抗可以減少信號在電路中的反射，提高信號質(zhì)量和傳輸效率；

優(yōu)化系統(tǒng)性能：阻抗匹配可以確保信號在系統(tǒng)中的穩(wěn)定傳輸，避免信號失真和性能下降。阻抗匹配對于獲得理想的 VSWR（電壓駐波比）非常重要。

PCB場景

減少高頻噪聲以及邊沿過沖。如果一個(gè)信號的邊沿非常陡峭，則含有大量的高頻成分，將會輻射干擾，另外，也容易產(chǎn)生過沖。串聯(lián)電阻與信號線的分布電容以及負(fù)載輸入電容等形成一個(gè)RC電路，這樣就會降低信號邊沿的陡峭程度。

減少高頻反射以及自激振蕩。當(dāng)信號的頻率很高時(shí)，則信號的波長就很短，當(dāng)波長短得跟傳輸線長度可以比擬時(shí)，反射信號疊加在原信號上將會改變原信號的形狀。如果傳輸線的特征阻抗跟負(fù)載阻抗不相等(即不匹配)時(shí)，在負(fù)載端就會產(chǎn)生反射，造成自激振蕩。PCB板內(nèi)走線的低頻信號直接連通即可，一般不需要加串行匹配電阻。

并行阻抗匹配又叫“終端阻抗匹配”，一般用在輸入/輸出接口端，主要指與傳輸電纜的阻抗匹配。例如，LVDS與RS422/485使用5類雙絞線的輸入端匹配電阻為100~120Ω；視頻信號使用同軸電纜的匹配電阻為75Ω或50Ω、使用篇平電纜為300Ω。并行匹配電阻的阻值與傳輸電纜的介質(zhì)有關(guān)，與長度無關(guān)，其主要作用也是防止信號反射、減少自激振蕩。

低頻和高頻場景：

當(dāng)信號傳輸中如果傳輸線上發(fā)生特性阻抗突變也會發(fā)生反射。

波長與頻率成反比，低頻信號的波長遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳輸線的長度，因此一般不用考慮反射問題，也就是說低頻電路做不做阻抗匹配也不會出現(xiàn)什么大問題。

在高頻領(lǐng)域，當(dāng)信號的波長與傳輸線長出于相同量級時(shí)反射的信號易與原信號混疊，影響信號質(zhì)量，通過阻抗匹配可有效減少 消除高頻信號反射。所以高頻電路一定要做阻抗匹配。

阻抗匹配基本原理

阻抗匹配是使微波電路或是系統(tǒng)的反射，載行波盡量接近行波狀態(tài)的技術(shù)措施。

阻抗匹配分為兩大類：

1、負(fù)載與傳輸線之間的阻抗匹配，使負(fù)載無反射。方法是接入匹配裝置使輸入阻抗和特性阻抗相等。

2、信號源與傳輸線之間匹配，分為兩種情況：

1）使信號源無反射，方法是接入信號源與傳輸線之間接入匹配裝置。

2）信號源共軛匹配，方法是信號源與被匹配電路之間接入匹配裝置，這種情況下多屬于有源電路設(shè)計(jì)。

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