什么是阻抗匹配,阻抗匹配原理详解-KIA MOS管

什么是阻抗匹配？

阻抗匹配指通过调整输入阻抗和输出阻抗来使得电子器件满足一定条件，通常该条件是使得系统传输功率最大或者使得信号反射最小。例如，再无线传输系统中需要匹配射频发射设备和接受天线的阻抗以此来实现传输功率最大化。

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)。

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。

阻抗匹配作用

最大功率传输：对信号源和负载进行阻抗匹配，可以实现传输功率最大化，提高能量转换性能；

最小反射损耗：匹配阻抗可以减少信号在电路中的反射，提高信号质量和传输效率；

优化系统性能：阻抗匹配可以确保信号在系统中的稳定传输，避免信号失真和性能下降。阻抗匹配对于获得理想的 VSWR（电压驻波比）非常重要。

PCB场景

减少高频噪声以及边沿过冲。如果一个信号的边沿非常陡峭，则含有大量的高频成分，将会辐射干扰，另外，也容易产生过冲。串联电阻与信号线的分布电容以及负载输入电容等形成一个RC电路，这样就会降低信号边沿的陡峭程度。

减少高频反射以及自激振荡。当信号的频率很高时，则信号的波长就很短，当波长短得跟传输线长度可以比拟时，反射信号叠加在原信号上将会改变原信号的形状。如果传输线的特征阻抗跟负载阻抗不相等(即不匹配)时，在负载端就会产生反射，造成自激振荡。PCB板内走线的低频信号直接连通即可，一般不需要加串行匹配电阻。

并行阻抗匹配又叫“终端阻抗匹配”，一般用在输入/输出接口端，主要指与传输电缆的阻抗匹配。例如，LVDS与RS422/485使用5类双绞线的输入端匹配电阻为100~120Ω；视频信号使用同轴电缆的匹配电阻为75Ω或50Ω、使用篇平电缆为300Ω。并行匹配电阻的阻值与传输电缆的介质有关，与长度无关，其主要作用也是防止信号反射、减少自激振荡。

低频和高频场景：

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，也就是说低频电路做不做阻抗匹配也不会出现什么大问题。

在高频领域，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。所以高频电路一定要做阻抗匹配。

阻抗匹配基本原理

阻抗匹配是使微波电路或是系统的反射，载行波尽量接近行波状态的技术措施。

阻抗匹配分为两大类：

1、负载与传输线之间的阻抗匹配，使负载无反射。方法是接入匹配装置使输入阻抗和特性阻抗相等。

2、信号源与传输线之间匹配，分为两种情况：

1）使信号源无反射，方法是接入信号源与传输线之间接入匹配装置。

2）信号源共轭匹配，方法是信号源与被匹配电路之间接入匹配装置，这种情况下多属于有源电路设计。

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