常見阻抗匹配的方式有哪些_優(yōu)缺點(diǎn)詳解

信號(hào)傳輸過程中負(fù)載阻抗和信源內(nèi)阻抗之間的特定配合關(guān)系。一件器材的輸出阻抗和所連接的負(fù)載阻抗之間所應(yīng)滿足的某種關(guān)系，以免接上負(fù)載后對(duì)器材本身的工作狀態(tài)產(chǎn)生明顯的影響。對(duì)電子設(shè)備互連來說，例如信號(hào)源連放大器，前級(jí)連后級(jí)，只要后一級(jí)的輸入阻抗大于前一級(jí)的輸出阻抗5-10倍以上，就可認(rèn)為阻抗匹配良好；對(duì)于放大器連接音箱來說，電子管機(jī)應(yīng)選用與其輸出端標(biāo)稱阻抗相等或接近的音箱，而晶體管放大器則無此限制，可以接任何阻抗的音箱。

本文主要跟大家介紹常見阻抗匹配的方式有哪些以及他們的優(yōu)缺點(diǎn)，具體的跟隨小編一起來了解一下。

匹配條件

①負(fù)載阻抗等于信源內(nèi)阻抗，即它們的模與輻角分別相等，這時(shí)在負(fù)載阻抗上可以得到無失真的電壓傳輸。

②負(fù)載阻抗等于信源內(nèi)阻抗的共軛值，即它們的模相等而輻角之和為零。這時(shí)在負(fù)載阻抗上可以得到最大功率。這種匹配條件稱為共軛匹配。如果信源內(nèi)阻抗和負(fù)載阻抗均為純阻性，則兩種匹配條件是等同的。

阻抗匹配是指負(fù)載阻抗與激勵(lì)源內(nèi)部阻抗互相適配，得到最大功率輸出的一種工作狀態(tài)。對(duì)于不同特性的電路，匹配條件是不一樣的。在純電阻電路中，當(dāng)負(fù)載電阻等于激勵(lì)源內(nèi)阻時(shí)，則輸出功率為最大，這種工作狀態(tài)稱為匹配，否則稱為失配。

當(dāng)激勵(lì)源內(nèi)阻抗和負(fù)載阻抗含有電抗成份時(shí)，為使負(fù)載得到最大功率，負(fù)載阻抗與內(nèi)阻必須滿足共扼關(guān)系，即電阻成份相等，電抗成份絕對(duì)值相等而符號(hào)相反。這種匹配條件稱為共扼匹配。

阻抗匹配（Impedance matching）是微波電子學(xué)里的一部分，主要用于傳輸線上，來達(dá)至所有高頻的微波信號(hào)皆能傳至負(fù)載點(diǎn)的目的，不會(huì)有信號(hào)反射回來源點(diǎn)，從而提升能源效益。史密夫圖表上。電容或電感與負(fù)載串聯(lián)起來，即可增加或減少負(fù)載的阻抗值，在圖表上的點(diǎn)會(huì)沿著代表實(shí)數(shù)電阻的圓圈走動(dòng)。如果把電容或電感接地，首先圖表上的點(diǎn)會(huì)以圖中心旋轉(zhuǎn)180度，然后才沿電阻圈走動(dòng)，再沿中心旋轉(zhuǎn)180度。重覆以上方法直至電阻值變成1，即可直接把阻抗力變?yōu)榱阃瓿善ヅ洹?/p>

共軛匹配

在信號(hào)源給定的情況下，輸出功率取決于負(fù)載電阻與信號(hào)源內(nèi)阻之比K，當(dāng)兩者相等，即K=1時(shí)，輸出功率最大。然而阻抗匹配的概念可以推廣到交流電路，當(dāng)負(fù)載阻抗與信號(hào)源阻抗共軛時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)功率的最大傳輸，如果負(fù)載阻抗不滿足共軛匹配的條件，就要在負(fù)載和信號(hào)源之間加一個(gè)阻抗變換網(wǎng)絡(luò)，將負(fù)載阻抗變換為信號(hào)源阻抗的共軛，實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。

匹配分類

大體上，阻抗匹配有兩種，一種是透過改變阻抗力（lumped-circuit matching），另一種則是調(diào)整傳輸線的波長(zhǎng)（transmission line matching）。

要匹配一組線路，首先把負(fù)載點(diǎn)的阻抗值除以傳輸線的特性阻抗值來歸一化，然后把數(shù)值劃在史密夫圖表上。

1、改變阻抗力

把電容或電感與負(fù)載串聯(lián)起來，即可增加或減少負(fù)載的阻抗值，在圖表上的點(diǎn)會(huì)沿著代表實(shí)數(shù)電阻的圓圈走動(dòng)。如果把電容或電感接地，首先圖表上的點(diǎn)會(huì)以圖中心旋轉(zhuǎn)180度，然后才沿電阻圈走動(dòng)，再沿中心旋轉(zhuǎn)180度。重復(fù)以上方法直至電阻值變成1，即可直接把阻抗力變?yōu)榱阃瓿善ヅ洹?/p>

2、調(diào)整傳輸線

由負(fù)載點(diǎn)至來源點(diǎn)加長(zhǎng)傳輸線，在圖表上的圓點(diǎn)會(huì)沿著圖中心以逆時(shí)針方向走動(dòng)，直至走到電阻值為1的圓圈上，即可加電容或電感把阻抗力調(diào)整為零，完成匹配。

阻抗匹配則傳輸功率大，對(duì)于一個(gè)電源來講，單它的內(nèi)阻等于負(fù)載時(shí)，輸出功率最大，此時(shí)阻抗匹配。最大功率傳輸定理，如果是高頻的話，就是無反射波。對(duì)于普通的寬頻放大器，輸出阻抗50Ω，功率傳輸電路中需要考慮阻抗匹配，可是如果信號(hào)波長(zhǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電纜長(zhǎng)度，即纜長(zhǎng)可以忽略的話，就無須考慮阻抗匹配了。阻抗匹配是指在能量傳輸時(shí)，要求負(fù)載阻抗要和傳輸線的特征阻抗相等，此時(shí)的傳輸不會(huì)產(chǎn)生反射，這表明所有能量都被負(fù)載吸收了。反之則在傳輸中有能量損失。高速PCB布線時(shí)，為了防止信號(hào)的反射，要求是線路的阻抗為50歐姆。這是個(gè)大約的數(shù)字，一般規(guī)定同軸電纜基帶50歐姆，頻帶75歐姆，對(duì)絞線則為 100歐姆，只是取個(gè)整而已，為了匹配方便。

常見阻抗匹配的方式有哪些

當(dāng)傳輸路徑上阻抗不連續(xù)時(shí)，會(huì)有反射發(fā)生，阻抗匹配的作用就是通過端接元器件，時(shí)傳輸路線上的阻抗連續(xù)以去除傳輸鏈路上產(chǎn)生的反射。常見的阻抗匹配如下：

一、串聯(lián)端接方式

靠近輸出端的位置串聯(lián)一個(gè)電阻，要達(dá)到匹配效果，串聯(lián)電阻和驅(qū)動(dòng)端輸出阻抗的總和應(yīng)等于傳輸線的特征阻抗Z0。

在通常的數(shù)字信號(hào)系統(tǒng)中，器件的輸出阻抗通常是十幾歐姆到二十幾歐姆，傳輸線的阻抗通常會(huì)控制在50歐姆，所以始端匹配電阻常見為33歐姆電阻。

當(dāng)然要達(dá)到好的匹配效果，驅(qū)動(dòng)端輸出到串聯(lián)電阻這一段的傳輸路徑最好較短，短到可以忽略這一段傳輸線的影響。

串聯(lián)電阻優(yōu)缺點(diǎn)如下：

（1）優(yōu)點(diǎn)

1、只需要一個(gè)電阻；

2、沒有多余的直流功耗；

3、消除驅(qū)動(dòng)端的二次反射；

4、不受接收端負(fù)載變化的影響；

（2）缺點(diǎn)

1、接收端的一次發(fā)射依然存在；

2、信號(hào)邊沿會(huì)有一些變化；

3、電阻要靠近驅(qū)動(dòng)端放置，不適合雙向 傳輸信號(hào)；

4、在線上傳輸?shù)碾妷菏球?qū)動(dòng)電壓的一半，不適合菊花鏈的多型負(fù)載結(jié)構(gòu)。

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二、并聯(lián)端接方式

并聯(lián)端接又叫終端匹配，要達(dá)到阻抗匹配的要求，端接的電阻應(yīng)該和傳輸線的特征阻抗Z0相等。

在通常的數(shù)字信號(hào)傳輸系統(tǒng)里，接收端的阻抗范圍為幾兆到十幾兆，終端匹配電阻如果和傳輸線的特征阻抗相等，其和接收端阻抗并聯(lián)后的阻抗大致還是在傳輸線的特征阻抗左右，那么終端的反射系數(shù)為0。不會(huì)產(chǎn)生反射，消除的是終端的一次反射。

并聯(lián)端接優(yōu)缺點(diǎn)

（1）優(yōu)點(diǎn)

1、適用于多個(gè)負(fù)載

2、只需要一個(gè)電阻并且阻值容易選取

（2）缺點(diǎn)

1、增加了直流功耗

2、并聯(lián)端接可以上拉到電源或者下拉到地，是的低電平升高或者高電平降低，減小噪聲容限。

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三、AC并聯(lián)端接

并聯(lián)端接為消除直流功耗，可以采用如下所示的AC并聯(lián)端接（AC終端匹配）。要達(dá)到匹配要求，端接的電阻應(yīng)該和傳輸線的特征阻抗Z0相等。

優(yōu)缺點(diǎn)描述如下：

（1）優(yōu)點(diǎn)

1、適用于多個(gè)負(fù)載

2、無直流功耗增加

（2）缺點(diǎn)

1、需要兩個(gè)器件

2、增加了終端的容性負(fù)載，增加了RC電路造成的延時(shí)

3、對(duì)周期性的信號(hào)有效（如時(shí)鐘），不適合于非周期信號(hào)（如數(shù)據(jù)）

四、戴維南端接

戴維南端接同終端匹配，如下圖，要達(dá)到匹配要求，終端的電阻并聯(lián)值要和傳輸線的特征阻抗Z0相等。

優(yōu)缺點(diǎn)描述：

（1）優(yōu)點(diǎn)

1、適用于多個(gè)負(fù)載

2、很適用于SSTL/HSTL電平上拉或下拉輸出阻抗很好平衡的情況。

（2）缺點(diǎn)

1、直流功耗增加

2、需要兩個(gè)器件

3、端接電阻上拉到電源或下拉到地，會(huì)使得低電平升高或高電平降低

4、電阻值較難選擇，電阻值取值小會(huì)使低電平升高，高電平降低更加惡劣；電阻值取大有可能造成不能完全匹配，使反射增大，可以通過仿真來確定。