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，再無線傳輸系統中需要匹配射頻發射設備和接受天線的阻抗以此來實現傳輸功率最大化。

1. 調整負載功率

假定激勵源已定，那么負載的功率由兩者的阻抗匹配度決定。對于一個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)，負載功率P=I*I*R。由以上兩個方程可得當R=r時P取得最大值，Pmax=U*U/(4*r)。

2. 抑制信號反射

當一束光從空氣射向水中時會發生反射，這是因為光和水的光導特性不同。同樣，當信號傳輸中如果傳輸線上發生特性阻抗突變也會發生反射。波長與頻率成反比，低頻信號的波長遠遠大于傳輸線的長度，因此一般不用考慮反射問題。高頻領域，當信號的波長與傳輸線長出于相同量級時反射的信號易與原信號混疊，影響信號質量。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：對信號源和負載進行阻抗匹配，可以實現傳輸功率最大化，提高能量轉換性能；

最小反射損耗：匹配阻抗可以減少信號在電路中的反射，提高信號質量和傳輸效率；

優化系統性能：阻抗匹配可以確保信號在系統中的穩定傳輸，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，也容易產生過沖。串聯電阻與信號線的分布電容以及負載輸入電容等形成一個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。當信號的頻率很高時，則信號的波長就很短，當波長短得跟傳輸線長度可以比擬時，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載阻抗不相等(即不匹配)時，在負載端就會產生反射，造成自激振蕩。PCB板內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有關，與長度無關，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：

當信號傳輸中如果傳輸線上發生特性阻抗突變也會發生反射。

波長與頻率成反比，低頻信號的波長遠遠大于傳輸線的長度，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什么大問題。

在高頻領域，當信號的波長與傳輸線長出于相同量級時反射的信號易與原信號混疊，影響信號質量，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的反射，載行波盡量接近行波狀態的技術措施。

阻抗匹配分為兩大類：

1、負載與傳輸線之間的阻抗匹配，使負載無反射。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計。

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