阻抗匹配

Posted 2021-10-24 kevinnote

信号源内阻与所接传输线的特性阻抗大小相等且相位相同，或传输线的特性阻抗与所接负载阻抗的大小相等且相位相同，分别称为传输线的输入端或输出端处于阻抗匹配状态，简称为阻抗匹配。否则，便称为阻抗失配。有时也直接叫做匹配或失配。

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。

　阻抗不匹配有什么后果

　　阻抗不匹配的后果有很多，主要举例说明一下阻抗不匹配在数字电路中产生的后果。

　　1、数字信号在接收器件的输入端和发送器件的输出端来回反射。反射的信号在两边来回反弹直至最终完全被电阻所吸收。

　　2、反射信号引入振铃信号沿着走线传播。振铃影响了信号的电压和时序，并严重影响了信号质量。

　　3、一个不匹配的信号通路会导致信号辐射到环境中去。

　　

　　由于阻抗不匹配产生的问题可以通过使用终端来减少。终端通常是一个或两个放置在信号线接收器附近的分立元件。一个简单的例子，终端是一个低值的串连电阻。

　　终端抑制了信号的上升时间，并吸收了部分反射能源。特别是要注意到，终端并不能完全消除由于阻抗不匹配而产生的破坏性的影响。但是通过仔细选择的配置和元件的值，一个终端可以非常有效地控制了信号完整性的效果。

　　并非所有的信号线都需要阻抗控制。一些标准，如Compact PCI需要特定的走线阻抗和（或）终端电阻。通过制订阻抗的要求，这些标准对减少反射，振铃和信号线的辐射是相当有效的。

　　其他标准没有对阻抗控制有具体的要求，留给设计者决定是否需要加阻抗控制。而决定的结果随设计的不同而不同，但它往往取决于信号线的长度（信号线延迟Td）和信号的上升时间（ Tr）。一个经常使用的规则是，当Td大于Tr的1/6的时候就对阻抗控制有要求了。

阻抗不匹配对信号影响

　　阻抗不匹配信号会出现很多谐波，阻抗匹配概念很广，但是从你说产生谐波的角度来说，我认为你是想知道高速信号链阻抗匹配的概念的，论述如下。

　　1、无论是什么频率的信号，收发两端阻抗匹配都会使得下一级接收到最大功率，这是显然的。

　　2、对于低频信号，阻抗匹配的概念用处不大。这些我亲自侧过，只要上下级的负载均在彼此的适配范围内，毫无压力，信号会完好无损，不用考虑太多。

　　3、对于高频信号，由于信号频率升高之后，各类元件的高频效应显现，各类元件开始表现出频率响应，甚至局部会出现谐振。一方面，信号的谐波是普遍存在的，只是功率和信号相比非常小，有时元件的频率响应会对信号的某次谐波产生谐振效应，从而将一部分谐波能量放大，产生给类谐波。另一方面，由于元件在高频会出现频响的非线性，这回导致各类谐波甚至加减谐波的出现。阻抗匹配可以使得前后级的阻抗为纯阻性（消除了电抗的影响），使得信号能够无损传输。

　　4、对于射频甚至微波信号，电路信号根本就不是集总的，需要通过偏微分方程（而非常微分方程）来描述。这时，元器件的尺寸会彻底改变元器件的频响，必须要进行阻抗匹配，因为哪怕是连线的尺寸都会使得联线表现出电抗特性，且没点电抗特性不同。否则即使在理想状态下，也会发生反射现象，使得信号链路上出现各类谐波。

　　5、综上，阻抗匹配在低频时意义不大，但高频到射频上非常有必要；另外，阻抗匹配是作为一个电子工程师应该有的必备素养，很多时候哪怕是不必要的，也应该脑袋里时刻记着这么个事情，这是近些年来电赛模拟部分的一个考察点。 低频时，关心的是传输的波形；高频甚至射频时，同时也要关心传递的功率。