阻抗匹配基礎知識詳解：
基本概念


信號傳(chuan) 輸過程中負載阻抗和信源內(nei) 阻抗之間的特定配合關(guan) 係。一件器材的輸出阻抗和所連接的負載阻抗之間所應滿足的某種關(guan) 係，以免接上負載後對器材本身的工作狀態產(chan) 生明顯的影響。對電子設備互連來說，例如信號源連放大器，前級連後級，隻要後一級的輸入阻抗大於(yu) 前一級的輸出阻抗5-10倍以上，就可認為(wei) 阻抗匹配良好；對於(yu) 放大器連接音箱來說，電子管機應選用與(yu) 其輸出端標稱阻抗相等或接近的音箱，而晶體(ti) 管放大器則無此限製，可以接任何阻抗的音箱。

匹配條件

①負載阻抗等於(yu) 信源內(nei) 阻抗，即它們(men) 的模與(yu) 輻角分別相等，這時在負載阻抗上可以得到無失真的電壓傳(chuan) 輸。

②負載阻抗等於(yu) 信源內(nei) 阻抗的共軛值，即它們(men) 的模相等而輻角之和為(wei) 零。這時在負載阻抗上可以得到大功率。這種匹配條件稱為(wei) 共軛匹配。如果信源內(nei) 阻抗和負載阻抗均為(wei) 純阻性，則兩(liang) 種匹配條件是等同的。

阻抗匹配是指負載阻抗與(yu) 激勵源內(nei) 部阻抗互相適配，得到大功率輸出的一種工作狀態。對於(yu) 不同特性的電路，匹配條件是不一樣的。在純電阻電路中，當負載電阻等於(yu) 激勵源內(nei) 阻時，則輸出功率為(wei) 大，這種工作狀態稱為(wei) 匹配，否則稱為(wei) 失配。

當激勵源內(nei) 阻抗和負載阻抗含有電抗成份時，為(wei) 使負載得到大功率，負載阻抗與(yu) 內(nei) 阻必須滿足共扼關(guan) 係，即電阻成份相等，電抗成份值相等而符號相反。這種匹配條件稱為(wei) 共扼匹配。

阻抗匹配(Impedance matching)是微波電子學裏的一部分，主要用於(yu) 傳(chuan) 輸線上，來達至所有高頻的微波信號皆能傳(chuan) 至負載點的目的，不會(hui) 有信號反射回來源點，從(cong) 而提升能源效益。史密夫圖表上。電容或電感與(yu) 負載串聯起來，即可增加或減少負載的阻抗值，在圖表上的點會(hui) 沿著代表實數電阻的圓圈走動。如果把電容或電感接地，首先圖表上的點會(hui) 以圖中心旋轉180度，然後才沿電阻圈走動，再沿中心旋轉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為(wei) 零完成匹配。

共軛匹配

在信號源給定的情況下，輸出功率取決(jue) 於(yu) 負載電阻與(yu) 信號源內(nei) 阻之比K，當兩(liang) 者相等，即K=1時，輸出功率大。然而阻抗匹配的概念可以推廣到交流電路，當負載阻抗與(yu) 信號源阻抗共軛時，能夠實現功率的大傳(chuan) 輸，如果負載阻抗不滿足共軛匹配的條件，就要在負載和信號源之間加一個(ge) 阻抗變換網絡，將負載阻抗變換為(wei) 信號源阻抗的共軛，實現阻抗匹配。

匹配分類

大體(ti) 上，阻抗匹配有兩(liang) 種，一種是透過改變阻抗力(lumped-circuit matching)，另一種則是調整傳(chuan) 輸線的波長(transmission line matching)。

要匹配一組線路，首先把負載點的阻抗值除以傳(chuan) 輸線的特性阻抗值來歸一化，然後把數值劃在史密夫圖表上。

1、改變阻抗力
把電容或電感與(yu) 負載串聯起來，即可增加或減少負載的阻抗值，在圖表上的點會(hui) 沿著代表實數電阻的圓圈走動。如果把電容或電感接地，首先圖表上的點會(hui) 以圖中心旋轉180度，然後才沿電阻圈走動，再沿中心旋轉180度。重複以上方法直至電阻值變成1，即可直接把阻抗力變為(wei) 零完成匹配。

2、調整傳(chuan) 輸線
由負載點至來源點加長傳(chuan) 輸線，在圖表上的圓點會(hui) 沿著圖中心以逆時針方向走動，直至走到電阻值為(wei) 1的圓圈上，即可加電容或電感把阻抗力調整為(wei) 零，完成匹配。

阻抗匹配則傳(chuan) 輸功率大，對於(yu) 一個(ge) bv伟德手机客户端平台來講，單它的內(nei) 阻等於(yu) 負載時，輸出功率大，此時阻抗匹配。大功率傳(chuan) 輸定理，如果是高頻的話，就是無反射波。對於(yu) 普通的寬頻放大器，輸出阻抗50Ω，功率傳(chuan) 輸電路中需要考慮阻抗匹配，可是如果信號波長遠遠大於(yu) 電纜長度，即纜長可以忽略的話，就無須考慮阻抗匹配了。阻抗匹配是指在能量傳(chuan) 輸時，要求負載阻抗要和傳(chuan) 輸線的特征阻抗相等，此時的傳(chuan) 輸不會(hui) 產(chan) 生反射，這表明所有能量都被負載吸收了。反之則在傳(chuan) 輸中有能量損失。高速PCB布線時，為(wei) 了防止信號的反射，要求是線路的阻抗為(wei) 50歐姆。這是個(ge) 大約的數字，一般規定同軸電纜基帶50歐姆，頻帶75歐姆，對絞線則為(wei) 100歐姆，隻是取個(ge) 整而已，為(wei) 了匹配方便。

何為(wei) 阻抗

阻抗是電阻與(yu) 電抗在向量上的和。高頻電路的阻抗匹配由於(yu) 高頻功率放大器工作於(yu) 非線性狀態，所以線性電路和阻抗匹配(即：負載阻抗與(yu) bv伟德手机客户端平台內(nei) 阻相等)這一概念不能適用於(yu) 它。因為(wei) 在非線性(如：丙類)工作的時候，電子器件的內(nei) 阻變動劇烈：通流的時候，內(nei) 阻很小；截止的時候，內(nei) 阻接近無窮大。因此輸出電阻不是常數。所以所謂匹配的時候內(nei) 阻等於(yu) 外阻，也就失去了意義(yi) 。因此，高頻功率放大的阻抗匹配概念是：在給定的電路條件下，改變負載回路的可調元件，使電子器件送出額定的輸出功率至負載。這就叫做達到了匹配狀態。

怎樣理解阻抗匹配

阻抗匹配是指信號源或者傳(chuan) 輸線跟負載之間的一種合適的搭配方式。阻抗匹配分為(wei) 低頻和高頻兩(liang) 種情況討論。

我們(men) 先從(cong) 直流電壓源驅動一個(ge) 負載入手。由於(yu) 實際的電壓源，總是有內(nei) 阻的，我們(men) 可以把一個(ge) 實際電壓源，等效成一個(ge) 理想的電壓源跟一個(ge) 電阻r串聯的模型。假設負載電阻為(wei) R，bv伟德手机客户端平台電動勢為(wei) U，內(nei) 阻為(wei) r，那麽(me) 我們(men) 可以計算出流過電阻R的電流為(wei) ：I=U/(R+r)，可以看出，負載電阻R越小，則輸出電流越大。負載R上的電壓為(wei) ：Uo=IR=U*[1+(r/R)]，可以看出，負載電阻R越大，則輸出電壓Uo越高。再來計算一下電阻R消耗的功率為(wei) ：

P=I*I*R=[U/(R+r)]*[U/(R+r)]*R=U*U*R/(R*R+2*R*r+r*r)
=U*U*R/[(R-r)*(R-r)+4*R*r]
=U*U/

對於(yu) 一個(ge) 給定的信號源，其內(nei) 阻r是固定的，而負載電阻R則是由我們(men) 來選擇的。注意式中[(R-r)*(R-r)/R]，當R=r時，[(R-r)*(R-r)/R]可取得小值0，這時負載電阻R上可獲得大輸出功率Pmax=U*U/(4*r)。即，當負載電阻跟信號源內(nei) 阻相等時，負載可獲得大輸出功率，這就是我們(men) 常說的阻抗匹配之一。對於(yu) 純電阻電路，此結論同樣適用於(yu) 低頻電路及高頻電路。當交流電路中含有容性或感性阻抗時，結論有所改變，就是需要信號源與(yu) 負載阻抗的的實部相等，虛部互為(wei) 相反數，這叫做共厄匹配。在低頻電路中，我們(men) 一般不考慮傳(chuan) 輸線的匹配問題，隻考慮信號源跟負載之間的情況，因為(wei) 低頻信號的波長相對於(yu) 傳(chuan) 輸線來說很長，傳(chuan) 輸線可以看成是“短線”，反射可以不考慮(可以這麽(me) 理解：因為(wei) 線短，即使反射回來，跟原信號還是一樣的)。從(cong) 以上分析我們(men) 可以得出結論：如果我們(men) 需要輸出電流大，則選擇小的負載R；如果我們(men) 需要輸出電壓大，則選擇大的負載R；如果我們(men) 需要輸出功率大，則選擇跟信號源內(nei) 阻匹配的電阻R。有時阻抗不匹配還有另外一層意思，例如一些儀(yi) 器輸出端是在特定的負載條件下設計的，如果負載條件改變了，則可能達不到原來的性能，這時我們(men) 也會(hui) 叫做阻抗失配。

在高頻電路中，我們(men) 還必須考慮反射的問題。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(chuan) 輸線長度可以比擬時，反射信號疊加在原信號上將會(hui) 改變原信號的形狀。如果傳(chuan) 輸線的特征阻抗跟負載阻抗不匹配(相等)時，在負載端就會(hui) 產(chan) 生反射。為(wei) 什麽(me) 阻抗不匹配時會(hui) 產(chan) 生反射以及特征阻抗的求解方法，牽涉到二階偏微分方程的求解，在這裏我們(men) 不細說了，有興(xing) 趣的可參看電磁場與(yu) 微波方麵書(shu) 籍中的傳(chuan) 輸線理論。傳(chuan) 輸線的特征阻抗(也叫做特性阻抗)是由傳(chuan) 輸線的結構以及材料決(jue) 定的，而與(yu) 傳(chuan) 輸線的長度，以及信號的幅度、頻率等均無關(guan) 。例如，常用的閉路電視同軸電纜特性阻抗為(wei) 75歐，而一些射頻設備上則常用特征阻抗為(wei) 50歐的同軸電纜。另外還有一種常見的傳(chuan) 輸線是特性阻抗為(wei) 300歐的扁平平行線，這在農(nong) 村使用的電視天線架上比較常見，用來做八木天線的饋線。因為(wei) 電視機的射頻輸入端輸入阻抗為(wei) 75歐，所以300歐的饋線將與(yu) 其不能匹配。實際中是如何解決(jue) 這個(ge) 問題的呢?不知道大家有沒有留意到，電視機的附件中，有一個(ge) 300歐到75歐的阻抗轉換器(一個(ge) 塑料包裝的，一端有一個(ge) 圓形的插頭的那個(ge) 東(dong) 東(dong) ，大概有兩(liang) 個(ge) 大拇指那麽(me) 大的)?它裏麵其實就是一個(ge) 傳(chuan) 輸線變壓器，將300歐的阻抗，變換成75歐的，這樣就可以匹配起來了。這裏需要強調一點的是，特性阻抗跟我們(men) 通常理解的電阻不是一個(ge) 概念，它與(yu) 傳(chuan) 輸線的長度無關(guan) ，也不能通過使用歐姆表來測量。為(wei) 了不產(chan) 生反射，負載阻抗跟傳(chuan) 輸線的特征阻抗應該相等，這就是傳(chuan) 輸線的阻抗匹配。如果阻抗不匹配會(hui) 有什麽(me) 不良後果呢?如果不匹配，則會(hui) 形成反射，能量傳(chuan) 遞不過去，降低效率；會(hui) 在傳(chuan) 輸線上形成駐波(簡單的理解，就是有些地方信號強，有些地方信號弱)，導致傳(chuan) 輸線的有效功率容量降低；功率發射不出去，甚至會(hui) 損壞發射設備。如果是電路板上的高速信號線與(yu) 負載阻抗不匹配時，會(hui) 產(chan) 生震蕩，輻射幹擾等。

當阻抗不匹配時，有哪些辦法讓它匹配呢?，可以考慮使用變壓器來做阻抗轉換，就像上麵所說的電視機中的那個(ge) 例子那樣。第二，可以考慮使用串聯/並聯電容或電感的辦法，這在調試射頻電路時常使用。第三，可以考慮使用串聯/並聯電阻的辦法。一些驅動器的阻抗比較低，可以串聯一個(ge) 合適的電阻來跟傳(chuan) 輸線匹配，例如高速信號線，有時會(hui) 串聯一個(ge) 幾十歐的電阻。而一些接收器的輸入阻抗則比較高，可以使用並聯電阻的方法，來跟傳(chuan) 輸線匹配，例如，485總線接收器，常在數據線終端並聯120歐的匹配電阻。

為(wei) 了幫助大家理解阻抗不匹配時的反射問題，我來舉(ju) 兩(liang) 個(ge) 例子：假設你在練習(xi) 拳擊——打沙包。如果是一個(ge) 重量合適的、硬度合適的沙包，你打上去會(hui) 感覺很舒服。但是，如果哪一天我把沙包做了手腳，例如，裏麵換成了鐵沙，你還是用以前的力打上去，你的手可能就會(hui) *了——這就是負載過重的情況，會(hui) 產(chan) 生很大的反彈力。相反，如果我把裏麵換成了很輕很輕的東(dong) 西，你一出拳，則可能會(hui) 撲空，手也可能會(hui) *——這就是負載過輕的情況。另一個(ge) 例子，不知道大家有沒有過這樣的經曆：就是看不清樓梯時上/下樓梯，當你以為(wei) 還有樓梯時，就會(hui) 出現“負載不匹配”這樣的感覺了。當然，也許這樣的例子不太恰當，但我們(men) 可以拿它來理解負載不匹配時的反射情況。

高速PCB設計中的阻抗匹配(資料整理)

阻抗匹配

阻抗匹配是指在能量傳(chuan) 輸時，要求負載阻抗要和傳(chuan) 輸線的特征阻抗相等，此時的傳(chuan) 輸不會(hui) 產(chan) 生反射，這表明所有能量都被負載吸收了。反之則在傳(chuan) 輸中有能量損失。在高速PCB設計中，阻抗的匹配與(yu) 否關(guan) 係到信號的質量優(you) 劣。

PCB走線什麽(me) 時候需要做阻抗匹配?

不主要看頻率，而關(guan) 鍵是看信號的邊沿陡峭程度，即信號的上升/下降時間，一般認為(wei) 如果信號的上升/下降時間(按10%～90%計)小於(yu) 6倍導線延時，就是高速信號，必須注意阻抗匹配的問題。導線延時一般取值為(wei) 150ps/inch。

特征阻抗

信號沿傳(chuan) 輸線傳(chuan) 播過程當中，如果傳(chuan) 輸線上各處具有一致的信號傳(chuan) 播速度，並且單位長度上的電容也一樣，那麽(me) 信號在傳(chuan) 播過程中總是看到*一致的瞬間阻抗。由於(yu) 在整個(ge) 傳(chuan) 輸線上阻抗維持恒定不變，我們(men) 給出一個(ge) 特定的名稱，來表示特定的傳(chuan) 輸線的這種特征或者是特性，稱之為(wei) 該傳(chuan) 輸線的特征阻抗。特征阻抗是指信號沿傳(chuan) 輸線傳(chuan) 播時，信號看到的瞬間阻抗的值。特征阻抗與(yu) PCB導線所在的板層、PCB所用的材質(介電常數)、走線寬度、導線與(yu) 平麵的距離等因素有關(guan) ，與(yu) 走線長度無關(guan) 。特征阻抗可以使用軟件計算。高速PCB布線中，一般把數字信號的走線阻抗設計為(wei) 50歐姆，這是個(ge) 大約的數字。一般規定同軸電纜基帶50歐姆，頻帶75歐姆，對絞線(差分)為(wei) 100歐姆。

常見阻抗匹配的方式

1、串聯終端匹配
在信號源端阻抗低於(yu) 傳(chuan) 輸線特征阻抗的條件下，在信號的源端和傳(chuan) 輸線之間串接一個(ge) 電阻R，使源端的輸出阻抗與(yu) 傳(chuan) 輸線的特征阻抗相匹配，抑製從(cong) 負載端反射回來的信號發生再次反射。

匹配電阻選擇原則：匹配電阻值與(yu) 驅動器的輸出阻抗之和等於(yu) 傳(chuan) 輸線的特征阻抗。常見的CMOS和TTL驅動器，其輸出阻抗會(hui) 隨信號的電平大小變化而變化。因此，對TTL或CMOS電路來說，不可能有十分正確的匹配電阻，隻能折中考慮。鏈狀拓撲結構的信號網路不適合使用串聯終端匹配，所有的負載必須接到傳(chuan) 輸線的末端。

串聯匹配是常用的終端匹配方法。它的優(you) 點是功耗小，不會(hui) 給驅動器帶來額外的直流負載，也不會(hui) 在信號和地之間引入額外的阻抗，而且隻需要一個(ge) 電阻元件。

常見應用：一般的CMOS、TTL電路的阻抗匹配。USB信號也采樣這種方法做阻抗匹配。

2、並聯終端匹配
在信號源端阻抗很小的情況下，通過增加並聯電阻使負載端輸入阻抗與(yu) 傳(chuan) 輸線的特征阻抗相匹配，達到消除負載端反射的目的。實現形式分為(wei) 單電阻和雙電阻兩(liang) 種形式。

匹配電阻選擇原則：在芯片的輸入阻抗很高的情況下，對單電阻形式來說，負載端的並聯電阻值必須與(yu) 傳(chuan) 輸線的特征阻抗相近或相等；對雙電阻形式來說，每個(ge) 並聯電阻值為(wei) 傳(chuan) 輸線特征阻抗的兩(liang) 倍。

並聯終端匹配優(you) 點是簡單易行，顯而易見的缺點是會(hui) 帶來直流功耗：單電阻方式的直流功耗與(yu) 信號的占空比緊密相關(guan) ；雙電阻方式則無論信號是高電平還是低電平都有直流功耗，但電流比單電阻方式少一半。

常見應用：以高速信號應用較多。

(1)DDR、DDR2等SSTL驅動器。采用單電阻形式，並聯到VTT(一般為(wei) IOVDD的一半)。其中DDR2數據信號的並聯匹配電阻是內(nei) 置在芯片中的。

(2)TMDS等高速串行數據接口。采用單電阻形式，在接收設備端並聯到IOVDD，單端阻抗為(wei) 50歐姆(差分對間為(wei) 100歐姆)。

什麽(me) 是阻抗匹配以及為(wei) 什麽(me) 要阻抗匹配...

阻抗匹配在高頻設計中是一個(ge) 常用的概念，這篇文章對這個(ge) “阻抗匹配”進行了比較好的解析。回答了什麽(me) 是阻抗匹配。

阻抗匹配(Impedance matching)是微波電子學裏的一部分，主要用於(yu) 傳(chuan) 輸線上，來達至所有高頻的微波信號皆能傳(chuan) 至負載點的目的，不會(hui) 有信號反射回來源點，從(cong) 而提升能源效益。

大體(ti) 上，阻抗匹配有兩(liang) 種，一種是透過改變阻抗力(lumped-circuit matching)，另一種則是調整傳(chuan) 輸線的波長(transmission line matching)。

要匹配一組線路，首先把負載點的阻抗值，除以傳(chuan) 輸線的特性阻抗值來歸一化，然後把數值劃在史密夫圖表上。

改變阻抗力

把電容或電感與(yu) 負載串聯起來，即可增加或減少負載的阻抗值，在圖表上的點會(hui) 沿著代表實數電阻的圓圈走動。如果把電容或電感接地，首先圖表上的點會(hui) 以圖中心旋轉180度，然後才沿電阻圈走動，再沿中心旋轉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為(wei) 零完成匹配。

調整傳(chuan) 輸線

由負載點至來源點加長傳(chuan) 輸線，在圖表上的圓點會(hui) 沿著圖中心以逆時針方向走動，直至走到電阻值為(wei) 1的圓圈上，即可加電容或電感把阻抗力調整為(wei) 零，完成匹配。

阻抗匹配則傳(chuan) 輸功率大，對於(yu) 一個(ge) bv伟德手机客户端平台來講，單它的內(nei) 阻等於(yu) 負載時，輸出功率大，此時阻抗匹配。大功率傳(chuan) 輸定理，如果是高頻的話，就是無反射波。對於(yu) 普通的寬頻放大器，輸出阻抗50Ω，功率傳(chuan) 輸電路中需要考慮阻抗匹配，可是如果信號波長遠遠大於(yu) 電纜長度，即纜長可以忽略的話，就無須考慮阻抗匹配了。阻抗匹配是指在能量傳(chuan) 輸時，要求負載阻抗要和傳(chuan) 輸線的特征阻抗相等，此時的傳(chuan) 輸不會(hui) 產(chan) 生反射，這表明所有能量都被負載吸收了.反之則在傳(chuan) 輸中有能量損失。高速 PCB布線時，為(wei) 了防止信號的反射，要求是線路的阻抗為(wei) 50歐姆。這是個(ge) 大約的數字，一般規定同軸電纜基帶50歐姆，頻帶75歐姆，對絞線則為(wei) 100歐姆，隻是取個(ge) 整而已，為(wei) 了匹配方便。

阻抗從(cong) 字麵上看就與(yu) 電阻不一樣，其中隻有一個(ge) 阻字是相同的，而另一個(ge) 抗字呢？簡單地說，阻抗就是電阻加電抗，所以才叫阻抗；周延一點地說，阻抗就是電阻、電容抗及電感抗在向量上的和。在直流電的世界中，物體(ti) 對電流阻礙的作用叫做電阻，世界上所有的物質都有電阻，隻是電阻值的大小差異而已。電阻小的物質稱作良導體(ti) ，電阻很大的物質稱作非導體(ti) ，而近在高科技領域中稱的超導體(ti) ，則是一種電阻值幾近於(yu) 零的東(dong) 西。但是在交流電的領域中則除了電阻會(hui) 阻礙電流以外，電容及電感也會(hui) 阻礙電流的流動，這種作用就稱之為(wei) 電抗，意即抵抗電流的作用。電容及電感的電抗分別稱作電容抗及電感抗，簡稱容抗及感抗。它們(men) 的計量單位與(yu) 電阻一樣是奧姆，而其值的大小則和交流電的頻率有關(guan) 係，頻率愈高則容抗愈小感抗愈大，頻率愈低則容抗愈大而感抗愈小。此外電容抗和電感抗還有相位角度的問題，具有向量上的關(guan) 係式，因此才會(hui) 說：阻抗是電阻與(yu) 電抗在向量上的和。

阻抗匹配是指負載阻抗與(yu) 激勵源內(nei) 部阻抗互相適配，得到大功率輸出的一種工作狀態。對於(yu) 不同特性的電路，匹配條件是不一樣的。

在純電阻電路中，當負載電阻等於(yu) 激勵源內(nei) 阻時，則輸出功率為(wei) 大，這種工作狀態稱為(wei) 匹配，否則稱為(wei) 失配。

當激勵源內(nei) 阻抗和負載阻抗含有電抗成份時，為(wei) 使負載得到大功率，負載阻抗與(yu) 內(nei) 阻必須滿足共扼關(guan) 係，即電阻成份相等，電抗成份隻數值相等而符號相反。這種匹配條件稱為(wei) 共扼匹配。

一、阻抗匹配的研究

在高速的設計中，阻抗的匹配與(yu) 否關(guan) 係到信號的質量優(you) 劣。阻抗匹配的技術可以說是豐(feng) 富多樣，但是在具體(ti) 的係統中怎樣才能比較合理的應用，需要衡量多個(ge) 方麵的因素。例如我們(men) 在係統中設計中，很多采用的都是源段的串連匹配。對於(yu) 什麽(me) 情況下需要匹配，采用什麽(me) 方式的匹配，為(wei) 什麽(me) 采用這種方式。

例如：差分的匹配多數采用終端的匹配；時鍾采用源段匹配；

1、串聯終端匹配

串聯終端匹配的理論出發點是在信號源端阻抗低於(yu) 傳(chuan) 輸線特征阻抗的條件下，在信號的源端和傳(chuan) 輸線之間串接一個(ge) 電阻R，使源端的輸出阻抗與(yu) 傳(chuan) 輸線的特征阻抗相匹配，抑製從(cong) 負載端反射回來的信號發生再次反射.

串聯終端匹配後的信號傳(chuan) 輸具有以下特點：

A 由於(yu) 串聯匹配電阻的作用，驅動信號傳(chuan) 播時以其幅度的50%向負載端傳(chuan) 播；

B 信號在負載端的反射係數接近+1，因此反射信號的幅度接近原始信號幅度的50%。

C 反射信號與(yu) 源端傳(chuan) 播的信號疊加，使負載端接受到的信號與(yu) 原始信號的幅度近似相同；

D 負載端反射信號向源端傳(chuan) 播，到達源端後被匹配電阻吸收；?

E 反射信號到達源端後，源端驅動電流降為(wei) 0，直到下一次信號傳(chuan) 輸。

相對並聯匹配來說，串聯匹配不要求信號驅動器具有很大的電流驅動能力。

選擇串聯終端匹配電阻值的原則很簡單，就是要求匹配電阻值與(yu) 驅動器的輸出阻抗之和與(yu) 傳(chuan) 輸線的特征阻抗相等。理想的信號驅動器的輸出阻抗為(wei) 零，實際的驅動器總是有比較小的輸出阻抗，而且在信號的電平發生變化時，輸出阻抗可能不同。比如bv伟德手机客户端平台電壓為(wei) +4.5V的CMOS驅動器，在低電平時典型的輸出阻抗為(wei) 37Ω，在高電平時典型的輸出阻抗為(wei) 45Ω[4]；TTL驅動器和CMOS驅動一樣，其輸出阻抗會(hui) 隨信號的電平大小變化而變化。因此，對TTL或CMOS 電路來說，不可能有十分正確的匹配電阻，隻能折中考慮。

鏈狀拓撲結構的信號網路不適合使用串聯終端匹配，所有的負載必須接到傳(chuan) 輸線的末端。否則，接到傳(chuan) 輸線中間的負載接受到的波形就會(hui) 象圖3.2.5中C點的電壓波形一樣。可以看出，有一段時間負載端信號幅度為(wei) 原始信號幅度的一半。顯然這時候信號處在不定邏輯狀態，信號的噪聲容限很低。

串聯匹配是常用的終端匹配方法。它的優(you) 點是功耗小，不會(hui) 給驅動器帶來額外的直流負載，也不會(hui) 在信號和地之間引入額外的阻抗；而且隻需要一個(ge) 電阻元件。

2、並聯終端匹配

並聯終端匹配的理論出發點是在信號源端阻抗很小的情況下，通過增加並聯電阻使負載端輸入阻抗與(yu) 傳(chuan) 輸線的特征阻抗相匹配，達到消除負載端反射的目的。實現形式分為(wei) 單電阻和雙電阻兩(liang) 種形式。

並聯終端匹配後的信號傳(chuan) 輸具有以下特點：

A 驅動信號近似以滿幅度沿傳(chuan) 輸線傳(chuan) 播；

B 所有的反射都被匹配電阻吸收；

C 負載端接受到的信號幅度與(yu) 源端發送的信號幅度近似相同。

在實際的電路係統中，芯片的輸入阻抗很高，因此對單電阻形式來說，負載端的並聯電阻值必須與(yu) 傳(chuan) 輸線的特征阻抗相近或相等。假定傳(chuan) 輸線的特征阻抗為(wei) 50Ω，則R值為(wei) 50Ω。如果信號的高電平為(wei) 5V，則信號的靜態電流將達到100mA。由於(yu) 典型的TTL或CMOS電路的驅動能力很小，這種單電阻的並聯匹配方式很少出現在這些電路中。

雙電阻形式的並聯匹配，也被稱作戴維南終端匹配，要求的電流驅動能力比單電阻形式小。這是因為(wei) 兩(liang) 電阻的並聯值與(yu) 傳(chuan) 輸線的特征阻抗相匹配，每個(ge) 電阻都比傳(chuan) 輸線的特征阻抗大。考慮到芯片的驅動能力，兩(liang) 個(ge) 電阻值的選擇必須遵循三個(ge) 原則：

⑴. 兩(liang) 電阻的並聯值與(yu) 傳(chuan) 輸線的特征阻抗相等；

⑵. 與(yu) bv伟德手机客户端平台連接的電阻值不能太小，以免信號為(wei) 低電平時驅動電流過大；

⑶. 與(yu) 地連接的電阻值不能太小，以免信號為(wei) 高電平時驅動電流過大。

並聯終端匹配優(you) 點是簡單易行；顯而易見的缺點是會(hui) 帶來直流功耗：單電阻方式的直流功耗與(yu) 信號的占空比緊密相關(guan) ?；雙電阻方式則無論信號是高電平還是低電平都有直流功耗。因而不適用於(yu) 電池供電係統等對功耗要求高的係統。另外，單電阻方式由於(yu) 驅動能力問題在一般的TTL、CMOS係統中沒有應用，而雙電阻方式需要兩(liang) 個(ge) 元件，這就對PCB的板麵積提出了要求，因此不適合用於(yu) 高密度印刷電路板。

當然還有：AC終端匹配； 基於(yu) 二極管的電壓鉗位等匹配方式。

二、將訊號的傳(chuan) 輸看成軟管送水澆花

2.1 數位係統之多層板訊號線(Signal Line)中，當出現方波訊號的傳(chuan) 輸時，可將之假想成為(wei) 軟管(hose)送水澆花。一端於(yu) 手握處加壓使其射出水柱，另一端接在水。當握管處所施壓的力道恰好，而讓水柱的射程正確灑落在目標區時，則施與(yu) 受兩(liang) 者皆歡而順利完成使命，豈非一種得心應手的小小成就?

2.2 然而一旦用力過度水注射程太遠，不但騰空越過目標浪費水資源，甚至還可能因強力水壓無處宣泄，以致往來源反彈造成軟管自上的掙脫!不僅(jin) 任務失敗橫生挫折，而且還大捅紕漏滿臉豆花呢!

2.3 反之，當握處之擠壓不足以致射程太近者，則照樣得不到想要的結果。過猶不及皆非所欲，唯有恰到好處才能正中下懷皆大歡喜。

2.4 上述簡單的生活細節，正可用以說明方波(Square Wave)訊號(Signal)在多層板傳(chuan) 輸線(Transmission Line，係由訊號線、介質層、及接地層三者所共同組成)中所進行的快速傳(chuan) 送。此時可將傳(chuan) 輸線(常見者有同軸電纜Coaxial Cable，與(yu) 微帶線Microstrip Line或帶線Strip Line等)看成軟管，而握管處所施加的壓力，就好比板麵上“接受端”(Receiver)元件所並聯到Gnd的電阻器一般，可用以調節其終點的特性阻抗(Characteristic Impedance)，使匹配接受端元件內(nei) 部的需求。

三、傳(chuan) 輸線之終端控管技術(Termination)

3.1 由上可知當“訊號”在傳(chuan) 輸線中飛馳旅行而到達終點，欲進入接受元件(如CPU或Meomery等大小不同的IC)中工作時，則該訊號線本身所具備的“特性阻抗”，必須要與(yu) 終端元件內(nei) 部的電子阻抗相互匹配才行，如此才不致任務失敗白忙一場。用術語說就是正確執行指令，減少雜訊幹擾，避免錯誤動作”。一旦彼此未能匹配時，則必將會(hui) 有少許能量回頭朝向“發送端”反彈，進而形成反射雜訊(Noise)的煩惱。

3.2 當傳(chuan) 輸線本身的特性阻抗(Z0)被設計者訂定為(wei) 28ohm時，則終端控管的接地的電阻器(Zt)也必須是28ohm，如此才能協助傳(chuan) 輸線對Z0的保持，使整體(ti) 得以穩定在28 ohm的設計數值。也唯有在此種Z0=Zt的匹配情形下，訊號的傳(chuan) 輸才會(hui) 效率，其“訊號完整性”(Signal Integrity，為(wei) 訊號品質之術語)。

四、特性阻抗(Characteristic Impedance)

4.1 當某訊號方波，在傳(chuan) 輸線組合體(ti) 的訊號線中，以高準位(High Level)的正壓訊號向前推進時，則距其近的參考層(如接地層)中，理論上必有被該電場所感應出來的負壓訊號伴隨前行(等於(yu) 正壓訊號反向的回歸路徑 Return Path)，如此將可完成整體(ti) 性的回路(Loop)係統。該“訊號”前行中若將其飛行時間暫短加以凍結，即可想象其所遭受到來自訊號線、介質層與(yu) 參考層等所共同呈現的瞬間阻抗值(Instantanious Impedance)，此即所謂的“特性阻抗”。　　是故該“特性阻抗”應與(yu) 訊號線之線寬(w)、線厚(t)、介質厚度(h)與(yu) 介質常數(Dk)都扯上了關(guan) 係。

4.2 阻抗匹配不良的後果　　

由於(yu) 高頻訊號的“特性阻抗”(Z0)原詞甚長，故一般均簡稱之為(wei) “阻抗”。讀者千萬(wan) 要小心，此與(yu) 低頻AC交流電(60Hz)其電線(並非傳(chuan) 輸線)中，所出現的阻抗值(Z)並不*相同。數位係統當整條傳(chuan) 輸線的Z0都能管理妥善，而控製在某一範圍內(nei) (±10﹪或 ±5﹪)者，此品質良好的傳(chuan) 輸線，將可使得雜訊減少，而誤動作也可避免。　　

但當上述微帶線中Z0的四種變數(w、t、h、 r)有任一項發生異常，例如訊號線出現缺口時，將使得原來的Z0突然上升(見上述公式中之Z0與(yu) W成反比的事實)，而無法繼續維持應有的穩定均勻(Continuous)時，則其訊號的能量必然會(hui) 發生部分前進，而部分卻反彈反射的缺失。如此將無法避免雜訊及誤動作了。例如澆花的軟管突然被踩住，造成軟管兩(liang) 端都出現異常，正好可說明上述特性阻抗匹配不良的問題。

4.3 阻抗匹配不良造成雜訊　　

上述部分訊號能量的反彈，將造成原來良好品質的方波訊號，立即出現異常的變形(即發生高準位向上的Overshoot，與(yu) 低準位向下的Undershoot，以及二者後續的Ringing)。此等高頻雜訊嚴(yan) 重時還會(hui) 引發誤動作，而且當時脈速度愈快時雜訊愈多也愈容易出錯。

那麽(me) 是否什麽(me) 時候都要考慮阻抗匹配?

在普通的寬頻帶放大器中，因為(wei) 輸出阻抗為(wei) 50Ω，所以需要考慮在功率傳(chuan) 輸電路中進行阻抗匹配。但是，實際上當電纜的長度對於(yu) 信號的波長來說可以忽略不計時，就勿需阻抗匹配的。

考慮信號頻率為(wei) 1MHz，其波長在空氣中為(wei) 300m，在同軸電纜中約為(wei) 200m。在通常使用的長度為(wei) 1m左右的同軸電纜中，是在*可忽略的範圍之內(nei) 。(圖H)

如果存在阻抗，那麽(me) 在阻抗上就會(hui) 產(chan) 生功率消耗，所以不做阻抗匹配其結果就會(hui) 使放大器的輸出功率發生無用的浪費。(圖J)