关于阻抗匹配问题？

只看该作者 · 2011-7-18 08:34

阻抗匹配到底是个什么概念？低频电路里面输入阻抗比较大大，输出阻抗比较小，但是高频里面要求输出阻抗50，输入阻抗50，传输线50，这是什么原因，如何解释阿？

只看该作者 · 2011-12-28 10:47

先了解一下阻抗的计算：
单线：图1(a)演示了一个典型的单根走线。其特征阻抗是Z0，其上流经的电流为i。沿线任意一点的电压为V=Z0*i（根据欧姆定律）。
一般情况，线对：图1(b)演示了一对走线。线1 具有特征阻抗Z11，与上文中Z0 一致，电流i1。线2具有类似的定义。当我们将线2 向线1 靠近时，线2 上的电流开始以比例常数k 耦合到线1 上。类似地，线1 的电流i1 开始以同样的比例常数耦合到线2 上。每根走线上任意一点的电压，还是根据欧姆定律，为： V1 = Z11*i1 + Z11*k*i2 （1） V2 = Z22*i2 + Z22*k*i1 现在我们定义Z12 = k*Z11 以及Z21 =k*Z22。这样，式（1）就可以写成： V1 = Z11*i1 + Z12*i2 （2） V2 = Z21*i1 + Z22*i2 这是一对熟悉的联立方程组，我们可以经常在教科书中看到。这个方程组可以一般化到任意数量的走线，并且可以用你们中大部分人都熟悉的矩阵形式来表示。
[localimg=180,102]2[/localimg]

图1 各种走线的结构

特殊情况，差分对：

图1(c)演示了一对差分走线。重写式1：

V1 = Z11*i1 + Z11*k*i2 （1）

V2 = Z22*i2 + Z21*k*i1

现在注意在仔细设计并且是对称的情况下，

Z11 = Z22 = Z0，且

i2 = -i1

这将导致（经过一些变换）：

V1 = Z0*i1*(1-k) （3）

V2 = -Z0*i1*(1-k)

注意V1 = -V2，当然，这是我们已经知道的，因为这是一个差分对。

有效（差模）阻抗：

电压V1 以地为参考。线1 的有效阻抗（单独来看，在差分对中叫做“差模”阻抗，通常叫做“单线”阻抗）为电压除以电流，或：

Zodd = V1/i1 = Z0*(1-k)

由上可知，因Z0 = Z11 且k = Z12/Z11，

上式可写成：

Zodd = Z11 - Z12

这也是一个在许多教科书中都可以看到的公式。

为了防止反射，正确的端接方法是用一个值为Zodd 的电阻。类似地，线2 的差模阻抗与此相同（在对称差分对的特定情形下）。

差分阻抗：

假定在某一瞬间我们将两根走线用电阻端接到地。因为i1 = -i2，所以根本没有电流流经地。也就是说，没有真正的理由把电阻接地。事实上，有人认为，为了将差分信号和地噪声隔离，一定不能将它们连接到地。因此通常的连接形式如图1(c)中所示，用单个电阻连接线1 与线2。电阻的值是线1和线2 差模阻抗的和，或：

Zdiff = 2*Z0*(1-k) 或

2*(Z11 - Z12)

这就是为什么你经常看到实际上一个差分对具有大约80Ω的差分阻抗，而每个单线阻抗是50Ω。

计算：

知道Zdiff 是2*(Z11-Z12)不是很有用，因为Z12 的值并不直观。但是，当我们看到Z12与耦合系数k 有关，事情就变得清晰了。事实上，耦合系数与我在Brookspeak 中关于串扰的专栏I中谈到的耦合系数是相同的。国家半导体发布的计算Zdiff 的公式II已经被广泛接受：

Zdiff = 2*Z0(1-.48*e-.96*S/H) 微带线

Zdiff = 2*Z0(1-.347*e-2.9*S/H) 带状线

其中的术语在图2 中定义。Z0 为其传统定义III。

[localimg=180,102]3[/localimg]

图2 查分阻抗计算中的术语定义

共模阻抗：

为了讨论完整起见，共模阻抗与上面略有不同。第一个差别是i1 = i2（没有负号），这样式3 就变成：

V1 = Z0*i1*(1+k) （4）

V2 = Z0*i1*(1+k)

并且正如所期望的，V1 = V2。因此单线阻抗是Z0*(1+k)。在共模情况下，两根线的端接电阻均接地，所以流经地的电流为i1+i2 且这两个电阻对器件表现为并联。也就是说，共模阻抗是这些电阻的并联组合，或：

Zcommon = (1/2)*Z0*(1+k)，或

Zcommon = (1/2)*(Z11 + Z12)

注意，这里差分对的共模阻抗大约为差模阻抗的1/4。

另外可参考：参考国家半导体"Introduction to LVDS"（第28-29 页），可以从其官方网站上访问：http://www.national.com/appinfo/lvds/。

2万 · 2011-7-18 09:03

高频里面要求阻抗匹配的原因主要是因为阻抗变化的地方会产生高频信号的反射，信号会在电缆里来回反射，与直射信号叠加后，会严重影响信号的质量。——这有一个关键参数：驻波比，建议自己去了解。

为什么阻抗变化地方会产生高频信号的反射？其实，电磁波、高频信号和光线、声音这些我们能感受到的波在介质中的传递方式是类似的。
日常生活中，我们很容易就可以看到并发现：光线经过不同密度的介质时（比如玻璃、水面），必然在边沿产生反射和折射现象。折射并不会带来多少问题，但是反射就很讨嫌了：如果两块玻璃互相平行，反射波会在他们之间来回反射，造成根本就看不清楚（这在列车车窗、北方的双层玻璃窗三很容易发现这种问题和现象）。

高频信号在电缆中的传输也是一样的。

只看该作者 · 2011-7-18 13:02

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。

只看该作者 · 2011-7-18 16:51

举个简单例子，有线电视视频线是阻抗50，如果你不用阻抗分配器的话直接分支图像会有重影，这是信号反射的影响，也就是信号没有匹配吸收的结果。80年代黑白电视天线用的扁平线阻抗300；485通讯标准线阻抗120。。。

1万 · 2011-7-19 17:06

说穿了都是波长惹的货。

只看该作者 · 2011-12-28 19:58

学习贴。

只看该作者 · 2012-1-8 14:54

对这个也很感兴趣

只看该作者 · 2012-1-8 16:53

输出阻抗小，输入阻抗大的特点是：
电压驱动时，发送端的信号（电压波形）接不接负载变动不大（发送出来的信号不容易被接收端影响。）
阻抗相同的特点是：
接收端收到的功率最大。

低频电路，关注点是电压波形。
高频电路，关注点是能量传输。

只看该作者 · 2012-1-8 17:27

低频电路，关注点是电压波形。
高频电路，关注点是能量传输。

只看该作者 · 2012-1-12 12:04

对于高频信号，尤其是高于1G，一定要注意阻抗匹配，下图是阻抗不匹配造成影响的简单示例：

传送信号时，若导线阻抗出现不连贯的现象，信号便会被反射回去。

只看该作者 · 2012-5-27 10:56

学习学习！

只看该作者 · 2012-5-27 11:10

默默看帖，受益匪浅。

只看该作者 · 2012-5-27 11:11

12# na239152605 继续学习学习。

只看该作者 · 2012-5-28 15:54

学习了

只看该作者 · 2012-6-5 15:43

说了这么多的理论，解决一些实际问题，比如说做一些信号处理电路，如有DSP和FPGA信号的互连时，我们有什么方法测试它的阻抗是否匹配？请问高手理论上DSP的输出阻抗是多少？FPGA输入阻抗是多少?

只看该作者 · 2012-7-14 10:18

高频电路有时会着重看能量传输，当源阻抗和负载阻抗相等时，负载上可以获得最大的能量。50 Ohm是一个约定的阻抗，广泛用于高频领域，类似的还有75 Ohm用于视频领域。

1万 · 2012-8-17 19:02

阻抗匹配在高频设计中是一个常用的概念。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。

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。