工控系统串行通信传输线的阻抗匹配技术
传输线与阻抗匹配
传输线与阻抗匹配
一．
阻抗匹配
○
阻抗的定义
○
常见阻抗匹配的方式
二．
常见传输线
○
单端传输线
○
差分传输线
○
微带线
○
带状线
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阻抗定义
传输线可分为长线和 短线，长线和短线是 相对于波长而言的。
短线：l / < 0.05， 集中参数电路
长线：l /
0.05，
对周期性的信号有效（如时钟），不适 合于非周期信号（如数据）。
常见的阻抗匹配方式
肖特基二极管终端匹配技术
肖特基二极管终端匹配技术也称之为二极管 终端匹配技术，由两个肖特基二极管组成。 传输线末端的信号反射，导致负载输入端上 的电压升高超过VCC 和二极管D1 的正向偏 值电压，使得该二极管正向导通连接到VCC 上，从而将信号的过冲嵌位在VCC 和二极管 的阈值电压上。同样，连接到地上的二极管 D2 也可以将信号的下冲限制在二极管的正 向偏置电压上。
图3 串联终端匹配
常见的阻抗匹配方式
1、匹配电阻选择原则，Z0=RT+ZS。
2、常见的COMS和TTL驱动器，其输出阻抗会随信号的电平大小变化而变
化。因此，对TTL或CMOS电路来说，不可能有十分正确的匹配电阻，只 能折中考
虑。负载必须接到传输线的末端。
3、串联匹配是最常用的终端匹配方法。它的优点是功耗小，不会给驱动 器带来
阻抗定义
图2 阻抗计算
传输线方程是传输 线理论的基本方程， 是描述传输线上电 压、电流变化规律 及其相互关系的微 分方程。
常见的阻抗 匹配方式
阻抗匹配是指信号源或者传输线跟负载之间的一 种合适的搭配方式。
电子电路中的传输线与阻抗匹配技巧
电子电路中的传输线与阻抗匹配技巧传输线是电子电路中起到信号传输作用的重要组成部分。
在高频电路中，传输线的特性阻抗与信号源、负载之间的匹配关系尤为重要。
本文将介绍电子电路中的传输线以及阻抗匹配的相关技巧。
一、传输线的基本概念和特性传输线是用来传输信号的导线或电缆，由于其特殊的结构和特性，在高频电路中具有重要作用。
在电子电路中常见的传输线类型包括微带线、同轴电缆和双绞线等。
不同类型的传输线具有不同的特性阻抗，这是由其内部结构和材料参数决定的。
特性阻抗是一个重要的参数，影响着信号在传输线上的传输效果。
当信号源的阻抗与传输线的特性阻抗不匹配时，会导致信号的反射和功率损耗，影响系统的性能。
二、阻抗匹配的基本原理阻抗匹配是为了实现信号源、传输线和负载之间的匹配，从而减少信号的反射和功率损耗。
阻抗匹配的基本原理是通过合适的电路设计和参数选择，使得信号源的阻抗与传输线的特性阻抗以及负载的阻抗相匹配。
传输线的特性阻抗与负载阻抗之间的匹配，可以采用两种基本方法：并联匹配和串联匹配。
并联匹配是在传输线和负载之间添加补偿电路，使得总阻抗等于特性阻抗；串联匹配则是在信号源与传输线之间添加匹配电路，使得总阻抗等于特性阻抗。
三、阻抗匹配的常用技巧1. 使用匹配电路：对于特定的传输线和负载阻抗，可以设计并添加串联或并联的匹配电路，实现阻抗匹配。
2. 使用阻抗转换器：阻抗转换器是一种常用的阻抗匹配技巧。
它可以将信号源的阻抗与传输线的特性阻抗进行转换，从而实现阻抗的匹配。
3. 使用特性阻抗匹配：选择合适的传输线特性阻抗，使其与信号源和负载的阻抗相匹配，减少反射和功率损耗。
4. 使用负载匹配网络：在负载端添加匹配网络，将传输线的特性阻抗转换为负载所需的阻抗。
5. 考虑信号源和负载的阻抗变化：在设计电子电路时，需要考虑信号源和负载阻抗的变化范围，以便选择合适的阻抗匹配技巧。
四、阻抗匹配的实例分析以微带线作为传输线，讨论其阻抗匹配的实例。
传输线的阻抗匹配和端接方式
传输线的阻抗匹配和端接方式一、引言传输线是一种用于高频信号传输的电路元件，广泛应用于通信、电子等领域。
在传输线的设计和应用中，阻抗匹配和端接方式是两个重要的考虑因素。
本文将重点介绍传输线的阻抗匹配原理和常见的端接方式。
二、传输线的阻抗匹配原理1. 阻抗匹配的概念阻抗匹配是指将信号源的输出阻抗与传输线的特性阻抗相匹配，以最大限度地实现信号的传输。
当信号源的输出阻抗与传输线的特性阻抗不匹配时，会导致信号的反射和能量损耗，影响信号的传输质量。
2. 传输线的特性阻抗传输线的特性阻抗是指在单位长度内传输线的阻抗值。
常见的传输线有两种特性阻抗：同轴电缆的特性阻抗通常为50欧姆或75欧姆，微带线的特性阻抗通常为50欧姆或100欧姆。
3. 阻抗匹配的方法为了实现传输线的阻抗匹配，可以采用以下几种方法：(1) 串联匹配：通过在信号源和传输线之间串联阻抗匹配网络，将信号源的输出阻抗与传输线的特性阻抗相匹配。
(2) 并联匹配：通过在传输线的末端并联阻抗匹配网络，将传输线的特性阻抗与负载的输入阻抗相匹配。
(3) 变压器匹配：通过变压器将信号源的输出阻抗转换为传输线的特性阻抗，实现阻抗的匹配。
三、传输线的端接方式1. 开路端接开路端接是指将传输线的末端断开，使信号无法继续传输。
开路端接适用于需要终止信号传输的场景，例如信号的接收端。
2. 短路端接短路端接是指将传输线的末端短接在一起，使信号在传输线内部发生反射。
短路端接适用于需要将信号反射回传输线的场景，例如信号的发射端。
3. 负载端接负载端接是指将传输线的末端连接到特定的负载电路上，使信号能够被负载电路正确接收。
负载端接可以是阻抗匹配网络、天线等。
4. 开路-短路混合端接开路-短路混合端接是指将传输线的末端同时接入开路和短路，使信号在传输线内部发生反射和终止。
这种端接方式可以用于某些特殊的应用场景，例如信号的测试和测量。
四、结论传输线的阻抗匹配和端接方式是确保信号传输质量的关键因素。
通信电子中的阻抗匹配技术
通信电子中的阻抗匹配技术随着通信电子技术的不断发展，阻抗匹配技术在信号处理和传输中的重要性也日益突显，被广泛应用于各种通信系统中。
阻抗匹配技术可以帮助提高通信系统的传输效率和信号质量，从而最大限度地提高信号的可靠性和稳定性，为我们带来了更加便捷和高效的通信体验。
1. 阻抗匹配技术的基础知识阻抗是指在电路中呈现出的供电源的电容和电感的反抗，它是电路的一种特性。
在通信电子系统中，阻抗匹配技术是把两种不同阻抗的电路连接在一起时，通过适当的元器件调整电路中阻抗的大小，使得两种电路的阻抗相等，从而达到信号的传输和处理。
阻抗匹配技术可分为串联匹配和并联匹配。
串联匹配是将电阻、电感等元器件串联在信号传输线路上，通过元器件的阻抗特性阻止信号的反射，并消除传输线上的阻抗不匹配问题。
而并联匹配则是将元器件并联在信号传输线路上，以达到同样的效果。
2. 阻抗匹配技术的应用领域阻抗匹配技术被广泛应用于通信电子系统中的各个方面，如无线通信、广播电视、卫星通信、有线通信等。
下面以无线通信为例，简要介绍阻抗匹配技术的应用：（1）手机天线阻抗匹配在手机通信中，天线是连接手机和基站之间的关键组成部分。
为了提高手机与基站之间的通信质量，需要通过合适的阻抗匹配电路匹配天线和手机的阻抗，从而减少信号的反射和干扰，提升信号质量和传输速率，使得手机通信更加可靠、稳定。
在手机中，通常使用调谐电路和天线封装在一起，形成一个整体天线组件，以实现天线阻抗匹配。
（2）基站天线阻抗匹配与手机天线阻抗匹配类似，基站天线阻抗匹配同样非常重要。
基站天线用于接收和发射信号，如果阻抗不匹配，将会造成信号的反射和干扰，导致通信效果不佳。
因此，在基站中也需要使用阻抗匹配技术，通过适当的调整电路中的元器件来匹配天线和基站的阻抗，以提高信号传输的效率和质量。
（3）无线传感器阻抗匹配无线传感器是物联网中重要的组成部分，它们可以通过无线信号实现对周围环境的监测和控制。
在无线传感器中，需要通过阻抗匹配技术来消除信号的反射和干扰，以提高信号传输速率和抗干扰能力，从而提高整个传感系统的信号质量和稳定性。
串口 阻抗匹配原理
串口阻抗匹配原理
串口是一种用于数据传输的通信接口，它通过传送和接收一系列数据位来实现信息的传递。
而在串口通信中，阻抗匹配是一项非常重要的原理，用于优化信号的传输质量和减少信号的反射。
阻抗是指电路对外部电压和电流输入的响应程度，它由电压和电流的比例关系来描述。
在串口通信中，信号在传输线上通过电流的方式进行传递，而传输线的特性阻抗会对信号的传输质量产生影响。
如果传输线上的阻抗和发送和接收设备的阻抗不匹配，就会导致信号的反射和多次反射，进而降低传输速率和造成数据错误。
为了克服阻抗不匹配带来的问题，使用串口时通常会采用阻抗匹配的方法。
阻抗匹配的目的是使得传输线上的阻抗和发送和接收设备的阻抗相等，从而使信号传输的能量最大化，并减少信号反射的影响。
一种常用的阻抗匹配方法是使用隔离变压器。
隔离变压器通过变压比例来实现对阻抗的匹配。
它将高阻抗的传输线连接到低阻抗的发送和接收设备，从而在不同阻抗之间提供了隔离和匹配功能。
使用隔离变压器可以有效减少串口通信中的信号反射和干扰，提高通信质量和可靠性。
除了隔离变压器，还有其他一些阻抗匹配的方法，例如使用阻抗转换器、差分传输线、电阻网络等等。
这些方法的具体选择取决于实际的应用场景和需求。
总结起来，串口通信中的阻抗匹配原理是为了优化信号传输质量和减少信号反射的影响。
通过采用合适的阻抗匹配方法，可以提高串口通信的稳定性和可靠性，确保数据的准确传输。
电路中的传输线与阻抗匹配设计与分析
电路中的传输线与阻抗匹配设计与分析在电子学领域中，传输线是一种用于在电路中传输电信号的重要元件。
而阻抗匹配则是确保信号从源传输到负载时，最大程度地减少反射和信号损耗的关键。
传输线是由电容和电感组成的，其主要功能是将信号从发射点传输到接收点，同时尽量减少信号的衰减和波形畸变。
传输线的设计需要考虑到线路特性阻抗、信号幅度和频率、传输速率以及线路长度等因素。
在电路设计中，阻抗匹配是一种重要的技术，用于确保信号在传输线和连接器之间的传输过程中不会发生反射，从而最大程度地保持信号完整性。
阻抗匹配的设计目标是使信号源、传输线和负载之间的阻抗相匹配。
只有当这三者的阻抗相等时，信号才能被完全传输，减少任何可能引起反射的阻抗不匹配。
在阻抗匹配的设计与分析中，经常会用到传输线的传输线分布参数模型。
这个模型将传输线看作是由许多无限短的电路元件组成的，这些元件包括电阻、电感和电容。
通过该模型，可以计算传输线上的阻抗、电压和电流等参数。
在实际的电路设计中，常用的传输线有两种类型：平衡传输线和不平衡传输线。
平衡传输线通过两个相等且对称的导线传输信号，可以有效地减少干扰和噪声。
不平衡传输线仅通过一个导线传输信号，常用于单端信号的传输。
不论是平衡传输线还是不平衡传输线，在设计阻抗匹配时，需要根据具体应用场景选择合适的传输线类型。
在阻抗匹配设计的过程中，一个重要的参数是传输线上的特性阻抗。
特性阻抗是指在传输线上的任意两点之间，单位长度内的电流与电压之比。
根据特性阻抗的不同取值，可以得到不同的阻抗匹配方式。
常用的阻抗匹配方式有三种：串联匹配、并联匹配和变压器匹配。
串联匹配是通过串联电感、电容或电阻来匹配传输线和负载的阻抗，实现信号的最大功率传输。
并联匹配则是通过并联电感、电容或电阻来匹配传输线和负载的阻抗，同样可以实现最大功率传输。
而变压器匹配则是通过变压器来实现阻抗的匹配。
总之，传输线与阻抗匹配设计与分析在电路设计中扮演着重要的角色。
传输线与阻抗匹配
未贴导电布
整体阻抗为 96欧
常见传输线类型
影响传输线信号上的好坏除了特性阻抗，还有以下: 1、反射系数 2、输入阻抗 3、传播常数 4、传输功率
谢谢!
传输线与阻抗匹配
传输线与阻抗匹配
一、阻抗匹配
阻抗的定义 常见阻抗匹配的方式
二、常见传输线
单端传输线 分传输线 微带线 带状线
阻抗定义
传输线可分为长线和短线，长线和短线是相对于波长而言 的。 短线：l /< 0.05，集中参数电路 长线：l / 0.05，分布参数电路
常见的阻抗匹配方式
戴维南终端匹配技术
戴维南终端匹配技术也叫做双终端匹配技术，它采用两个电阻R1 和R2 来 实现终端匹配。R1 通过从VCC 向负载注入电流来帮助驱动器更容易到达逻辑高 状态；R2 帮助通过向地吸收电流来将驱动器下拉到逻辑低状态。当R1 和R2 的 并联同信号线的特征阻抗Z0 匹配时可以加强驱动器的扇出能力。 应用：SSTL/HSTL，DDR地址，控制命令等信号
图5 戴维南终端匹配
常见的阻抗匹配方式
AC 终端匹配技术
AC 终端匹配技术也称之为RC终端匹配技术，它是由一个电阻R 和一个 电容C 组成的，电阻R 和电容C 连接在传输线的负载一端。 电阻 R 的值必须同传输线的特征阻抗 Z0 的值匹配才能消除信号的反射。 对周期性的信号有效（如时钟），不适合于非周期信号（如数据）。
常见的阻抗匹配方式
肖特基二极管终端匹配技术
肖特基二极管终端匹配技术也称之为二极管终端匹配技术，由两个肖特基二 极管组成。传输线末端的信号反射，导致负载输入端上的电压升高超过VCC 和二 极管D1 的正向偏值电压，使得该二极管正向导通连接到VCC 上，从而将信号的 过冲嵌位在VCC 和二极管的阈值电压上。同样，连接到地上的二极管D2 也可以 将信号的下冲限制在二极管的正向偏置电压上。
阻抗匹配的原理与方法
一、50ohm特征阻抗终端电阻的应用场合：时钟，数据，地址线的终端串联，差分数据线终端并联等。
终端电阻示图B.终端电阻的作用：1、阻抗匹配，匹配信号源和传输线之间的阻抗，极少反射，避免振荡。
2、减少噪声，降低辐射，防止过冲。
在串联应用情况下，串联的终端电阻和信号线的分布电容以及后级电路的输入电容组成RC滤波器，消弱信号边沿的陡峭程度，防止过冲。
C.终端电阻取决于电缆的特性阻抗。
D.如果使用0805封装、1/10W的贴片电阻,但要防止尖峰脉冲的大电流对电阻的影响，加30PF的电容.E.有高频电路经验的人都知道阻抗匹配的重要性。
在数字电路中时钟、信号的数据传送速度快时，更需注意配线、电缆上的阻抗匹配。
高频电路、图像电路一般都用同轴电缆进行信号的传送，使用特性阻抗为Zo＝150Ω、75Ω的同轴电缆。
同轴电缆的特性阻抗Zo，由电缆的内部导体和外部屏蔽内径D及绝缘体的导电率er决定：另外，处理分布常数电路时，用相当于单位长的电感L和静电容量C的比率也能计算，如忽略损耗电阻，则图1是用于测定同轴电缆RG58A/U、长度5m的输入阻抗ZIN时的电路构成。
这里研究随着终端电阻RT的值，传送线路的阻抗如何变化。
图1 同轴传送线路的终端电阻构成只有当同轴电缆的特性阻抗Zo和终端阻抗RT的值相等时，即ZIN＝Zo＝RT称为阻抗匹配。
Zo≠RT时随着频率f，ZIN变化。
作为一个极端的例子，当RT＝0、RT＝∞时可理解其性质(阻抗以，λ/4为周期起伏波动)。
图2是RT＝50Ω(稍微波动的曲线)、75Ω、dOΩ时的输人阻抗特性。
当Zo≠RT时由于随着频率，特性阻抗会变化，所以传送的电缆的频率特上产生弯曲.二、怎样理解阻抗匹配？阻抗匹配是指信号源或者传输线跟负载之间的一种合适的搭配方式。
阻抗匹配分为低频和高频两种情况讨论。
我们先从直流电压源驱动一个负载入手。
由于实际的电压源，总是有内阻的（请参看输出阻抗一问），我们可以把一个实际电压源，等效成一个理想的电压源跟一个电阻r串联的模型。
工控系统串行通信传输线的阻抗匹配技术
采取必要的抗干扰措施 ， 保证通信的可靠性。
在 由微 机 组 成 的 多 机 或互 联 网 络 的 工控 系统 中 ，串行 通 信
射波 向源 端传 输 。这样 ， 原来 的 电波 与 反 射波 相 互 重叠 ， 引起 波 形
接Ｉ ｑ方式 是经 常 用 的 。 串行 通 信方 式 不 仅 接 Ｉ ｑ电路 比较 简单 ， 可 以方 便地 实现 长 距 离 传输 ， 且 相 对 于 并 行 通 信 ， 干 扰 能 力 比 而 抗
信 中断 ， 系统 工 作 不 可 靠 。 根 据 电磁 理 论 ， 少 长 线 上 信 号 反 使 减 射 的有 效 途 径 是 阻 抗 匹 配 。
２ 阻抗 匹 配 技 术
行 通 信 。 是 ， 工业 测控 环 境 中 ， 但 在 电磁 环 境 往 往 十 分 恶 劣 ， 此 因
传输线路及阻抗匹配技术
传输线路及阻抗匹配技术传输线路及阻抗匹配技术在电子学和通信领域中扮演着极其重要的角色。
本文将深入探讨传输线路的基本概念、阻抗匹配原理以及相关的应用。
一、传输线路的基本概念传输线路是指沿着其长度方向传输电磁波的导体结构。
它由导体、绝缘体和屏蔽结构组成。
传输线路的重要特性包括本征波阻抗、传播常数以及阻抗变化等。
1. 本征波阻抗传输线路的本征波阻抗是指在传输线路上传输的电磁波的比例。
它取决于线路的物理结构和材料特性。
常见的本征波阻抗有50欧姆和75欧姆。
2. 传播常数传播常数描述了电磁波在传输线路上传播的速度。
传播常数由线路的电感和电容决定，影响信号的传输速度和相位。
3. 阻抗变化传输线路上的阻抗会随着频率的变化而变化。
阻抗变化会导致信号的反射和衰减，影响信号的传输质量。
二、阻抗匹配原理阻抗匹配是指将信号源和负载之间的阻抗调整为相等或接近的数值，以最大程度地传输功率，并减少信号的反射和衰减。
1. 传输线路的阻抗匹配在传输线路中，如果信号源的输出阻抗与传输线路的本征波阻抗不匹配，会导致信号的反射和损耗。
为了实现阻抗匹配，可以使用阻抗变换器或阻抗匹配网络。
2. 电路中的阻抗匹配在电路中，当信号源的输出阻抗与负载的输入阻抗不匹配时，会导致信号的反射和功率损耗。
为了实现阻抗匹配，可以使用匹配电路，如L型网络和π型网络。
三、传输线路及阻抗匹配技术的应用传输线路及阻抗匹配技术广泛应用于通信系统、射频电路、微波系统等领域。
1. 通信系统在通信系统中，传输线路及阻抗匹配技术用于确保信号的完整传输和减少信号的损耗。
例如，在电话线路中，使用阻抗匹配技术来降低信号的反射和衰减。
2. 射频电路在射频电路中，传输线路及阻抗匹配技术被广泛应用于天线、放大器和滤波器等电路中。
阻抗匹配可以提高天线与电路之间的能量传输效率，减少信号的反射损耗。
3. 微波系统在微波系统中，传输线路及阻抗匹配技术用于确保微波信号的传输质量和减少信号的损耗。
传输线阻抗匹配的方法
传输线阻抗匹配的方法传输线阻抗匹配是一种将信号源的阻抗与传输线的特性阻抗相匹配的技术，以确保信号在传输线上的有效传输。
传输线阻抗匹配可以减少信号的反射和损耗，提高传输线的性能。
在本文中，我将介绍一些常见的传输线阻抗匹配方法。
1.使用双端线：双端线是一种具有平衡传输线结构的线缆，它可以减少信号的干扰和反射。
双端线具有相等的正负导体，因此可以提供较低的传输线阻抗。
通过选择适当的双端线型号和长度，可以实现信号源和传输线之间的阻抗匹配。
2.使用变压器：变压器是一种常见的传输线阻抗匹配方法。
变压器可以通过改变线圈的绕制比例来改变电压和电流的比例。
在传输线阻抗匹配中，变压器可以用来降低信号源的阻抗，使其与传输线的特性阻抗相匹配。
变压器的匝数比可以根据需要进行计算和选择。
3.使用串联电阻：串联电阻也是一种常见的传输线阻抗匹配方法。
串联电阻可以通过改变电流和电压之间的比例来改变信号源的阻抗值。
串联电阻可以在传输线和信号源之间放置，以实现阻抗匹配。
选择合适的串联电阻阻值可以确保信号源的阻抗与传输线的特性阻抗相匹配。
4.使用并联电容或电感：并联电容和电感是常见的传输线阻抗匹配方法。
并联电容可以通过改变电压和电荷之间的比例来改变信号源的阻抗值。
并联电感则可以通过改变电流和磁通之间的比例来改变信号源的阻抗值。
在传输线阻抗匹配中，选择合适的并联电容或电感值可以实现阻抗匹配。
5.使用平面波封装技术：平面波封装(PWB)技术是一种用于匹配传输线阻抗的高级技术。
PWB技术将传输线和信号源直接集成到印刷电路板上，从而减少了传输线和信号源之间的不匹配问题。
通过合理设计和制造印刷电路板，可以实现传输线阻抗和信号源阻抗的匹配。
总结起来，传输线阻抗匹配是一种确保信号源和传输线之间阻抗匹配的技术。
传输线阻抗匹配可以通过双端线、变压器、串联电阻、并联电容或电感以及平面波封装等方法实现。
选择合适的匹配方法取决于具体的应用需求和系统设计。
传输线阻抗匹配可以提高系统性能，减少信号损失和反射，确保信号的有效传输。
电子设计中的阻抗匹配技术
电子设计中的阻抗匹配技术
在电子设计领域中，阻抗匹配技术是一项非常重要的技术。
阻抗匹配是指将信号源、传输介质和负载之间的阻抗调整到最佳匹配状态，以最大限度地传输信号能量，减小信号反射和降低功耗。
阻抗匹配技术主要应用于无线通信系统、射频电路、微波电路以及其他高频电路设计中。
在这些系统中，往往需要将不同阻抗的元件连接在一起，因此需要进行阻抗匹配来确保信号的正常传输和工作效率。
阻抗匹配技术的一种常见方法是通过使用阻抗转换网络来实现。
阻抗转换网络可以将不匹配的阻抗转换为匹配的阻抗，从而提高信号传输效果。
常见的阻抗转换网络有匹配变压器、L型匹配网络、π型匹配网络等。
另一种常见的阻抗匹配技术是使用阻抗匹配电路，包括电阻、电容、电感等元件来调整阻抗，以实现信号源、传输线和负载之间的阻抗匹配。
这种方法通常可以在电路板设计中方便地实现。
除了阻抗匹配技术，还有一种被广泛应用的技术是阻抗匹配网络的设计。
通过使用软件仿真工具和网络分析仪器，工程师可以精确地设计阻抗匹配网络，以满足特定的阻抗要求。
这种方法可以在设计阶段提前解决阻抗匹配的问题，提高整体设计的准确性和效率。
总的来说，阻抗匹配技术在电子设计中起着至关重要的作用，能够确保信号的正常传输和系统的高效性能。
工程师在设计高频电路时，需要充分了解阻抗匹配的原理和方法，灵活运用各种技术手段，以实现电路的稳定性和可靠性。
只有保证阻抗匹配的准确性，才能使电子系统发挥出最佳的性能和效果。
传输线的阻抗匹配(精)
Zin Z
* g
1 1 2 Pmax | Eg | 2 4 Rg
2018/9/15
Microwave Technology and Antenna copyright@Duguohong
4
传输线的阻抗匹配
阻抗匹配
阻抗匹配是指传输线的两端阻抗与传输线的特 性阻抗相等,使线上电压与电流为行波 传输线的始端与信号源阻抗匹配（匹配信号源） Rg=Z0 , Xg=0 上述条件很难满足
例 1负载阻抗为ZL＝25， 在工作频率为 3GHz时与50同轴线线匹配。求出匹配时， 同轴变换器的特性阻抗及长度。（同轴线 内部介质为聚四氟乙烯）
解：采用 λ/4阻抗变换器，其特性阻抗为
Z0line 50 25 35.355
同轴线内的相波长为
0 3 108 / 3 109 6.97cm r 2.06
2018/9/15
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10
单支节匹配器
原理
在离负载导纳适当的距离d处,并接一个长度为l、终端短 路(或开路)的短截线,构成单支节匹配器,从而使主传输达 到匹配
1 Y in
Y Y Y in 1 2
12
例2 一微波传输系统的特征阻抗 Zc = 50 ， 工作波长 ( g) 为 10 厘米，已知负载为： ZL = 20 + j 40 。若用单支节匹配，试求单 支节的长度l及接入的位置d。
总线传输时阻抗匹配的原理
总线传输时阻抗匹配的原理总线传输是一种常用的通信方式，它可以实现多个设备之间的数据传输。
在总线传输中，为了保证信号的最佳传输质量，阻抗匹配是一项非常关键的技术。
本文将从总线传输的基本原理、阻抗的概念以及阻抗匹配的原理进行详细介绍。
一、总线传输的基本原理总线传输是一种共享传输介质的通信方式。
它通过在传输介质上同时发送和接收信号来实现多个设备之间的数据传输。
总线传输有许多不同的实现方法，如并行总线、串行总线等。
在总线传输中，数据的传输速率和传输距离常常受到干扰和衰减的影响。
为了提高传输质量，减少传输错误和噪声，阻抗匹配技术应运而生。
二、阻抗的概念阻抗是指电路对交流电流和电压的阻碍程度。
在电路中，当交流电压或电流通过电路时，电路的阻抗会导致电路中的电压和电流发生改变。
阻抗由两个主要组成部分构成：电阻和电抗。
电阻是阻止电流通过电路的电性质，它以欧姆（Ω）为单位表示。
电抗是阻碍交流电流通过电路的电性质，它包括电容性抗性（电容器）和感性抗性（电感器）。
阻抗可以用公式表示为：Z=R+jX其中，Z表示阻抗，R表示电阻，X表示电抗。
在总线传输中，阻抗匹配的目标是使传输线上的阻抗与信号源和接收器的阻抗相匹配。
阻抗匹配的原理是为了最大限度地减小信号在总线传输线上的反射和干扰，提高信号的传输质量。
阻抗匹配可以通过两种方法实现：电气调节和机械调节。
1.电气调节：电气调节是通过改变传输线和信号源/接收器之间的电气特性来实现阻抗匹配的。
其中一个常用的方法是在传输线上添加终端电阻。
终端电阻与传输线上的特性阻抗相等，可以有效地消除信号在传输线上的反射。
2.机械调节：机械调节是通过改变传输线上的物理特性来实现阻抗匹配的。
其中一个常用的方法是调节传输线的长度，使其与信号的波长相匹配。
通过这种方式，可以减小信号在传输线上的反射和损耗，提高信号的传输质量。
阻抗匹配的具体实现方法有很多种，例如使用匹配网络、负载均衡器、缓冲放大器等。
不同的应用场景和传输要求需要选择不同的阻抗匹配技术。
阻抗匹配的原理与应用 (2)
阻抗匹配的原理与应用1. 什么是阻抗匹配？阻抗匹配是指在电路或信号传输中，通过调整电阻、电感或电容等元件的数值，使输入端和输出端的阻抗相匹配的一种技术手段。
阻抗匹配可以最大限度地提高信号的传输效率，减小信号的反射和损耗。
2. 阻抗匹配的原理阻抗匹配的原理基于最大功率传输定理。
在电路中，当信号源和负载的阻抗不匹配时，会发生信号的反射，导致部分信号被反射回去，无法有效地传输到负载端。
阻抗匹配的目的就是使信号的阻抗在传输线上保持一致，最大限度地减小信号的反射。
具体来说，阻抗匹配可以通过以下几种方式来实现：•串联阻抗匹配：通过串联一个适当的阻抗元件，将输入端的阻抗与输出端的阻抗匹配。
这种方法常用于信号源的输出阻抗与负载的输入阻抗不匹配的情况。
•并联阻抗匹配：通过并联一个适当的阻抗元件，将输出端的阻抗与输入端的阻抗匹配。
这种方法常用于负载的输出阻抗与输入端的阻抗不匹配的情况。
•变压器阻抗匹配：通过变压器的变压比调整输入端和输出端的阻抗，从而实现阻抗的匹配。
这种方法常用于交流电路中。
3. 阻抗匹配的应用阻抗匹配在电子电路设计和信号传输中都有广泛的应用。
下面列举了一些常见的应用场景：3.1. 无线通信系统在无线通信系统中，为了提高信号传输的效果，常常需要进行阻抗匹配。
例如，将发射机的输出阻抗与天线的输入阻抗匹配，可以提高信号的传输距离和质量。
3.2. 音频放大器设计在音频放大器设计中，为了最大限度地提高功率传输效率，需要进行输入端和输出端的阻抗匹配。
这样可以减小信号的失真和损耗，提高音频信号的质量。
3.3. 射频电路设计在射频电路设计中，阻抗匹配是非常重要的一步。
射频信号的频率特性对阻抗匹配的要求比较高，需要通过精确的电路设计和调整来实现良好的阻抗匹配。
3.4. 混频器设计在混频器设计中，为了提高混频器的性能，通常需要进行阻抗匹配。
阻抗匹配能够减小信号的泊松噪声、杂散响应和失真，提高混频器的输入阻抗和输出阻抗。
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在由微机组成的多机或互联网络的工控系统中，串行通信接口方式是经常用的。
串行通信方式不仅接口电路比较简单，可以方便地实现长距离传输，而且相对于并行通信，抗干扰能力比较好。
异步串行通信接口标准有三类可供选择，ＲＳ－２３２Ｃ、ＲＳ－４９９、ＲＳ－４２２Ａ／４２３Ａ／４８５通信标准和２０ｍＡ电流环非标准的串行接口，同时还可以借助最新出现的ＣＡＮ总线标准来优化串行通信。
但是，在工业测控环境中，电磁环境往往十分恶劣，因此在传输线的选择，接口标准的选择要充分考虑其抗干扰能力，并采取必要的抗干扰措施，保证通信的可靠性。
１传输线效应及其主要参数当传输信号的速度与导线的长度同为一个数量级时，信号就会产生传输线效应。
传输线有其特征阻抗，假如信号在传输线上传输而不采取任何措施，当传输线上某处出现阻抗突变（不匹配）时，则会产生传输线效应，其传输信号将发生畸变或衰减。
表现为：信号通过就会发生反射，反射对原信号造成干扰，严重时就会影响电路的正常工作；接收端信号过冲振铃、上升沿出现抖动、波形前沿变差、信号幅度下降，这将破坏系统的可靠运行。
１．１传输线特性阻抗Ｚ０传输线可看作是由分布电感和分布电容所组成，其特性阻抗为Ｚ０＝Ｌ０／Ｃ０!。
其中Ｌ０、Ｃ０是单位长度传输线的分布电感和分布电容，它们与导线的结构、导磁率及介电常数有关。
因此，对于计算机系统中传输信号的各类导线，其特性阻抗均不同，参考值如表１所示。
表１各类导线的特性阻抗参考值１．２延迟时间由传输线效应引起的信号延迟时间τ＝ｘＬ０Ｃ０!。
式中ｘ为传输线的长度。
由此可知，导线单位长度内的电感量、电容量越大，导线长度越长，则延迟时间也越长。
１．３反射系数信号按一定的速度在传输线路中传输，当输入电压经分布电感、电容一直传输到传输线终端时，此时一般会出现阻抗不连续点，由于电流不能发生突变并有反向感生电动势，因而引起反射波向源端传输。
这样，原来的电波与反射波相互重叠，引起波形失真。
设Ｖｏ为入射电压，ＶＲ为反射电压，则电压反射系数ＫＶ＝ＶＲ／ＶＯ＝（ＺＬ－ＺＯ）／（ＺＬ＋ＺＯ）。
反射系数直接影响到信号传输的失真度。
１．４传输线效应的特点传输线效应的特点是引起波形畸变的现象是一种暂态过程，通常不会影响电路的静态逻辑功能，仅可能造成暂时性故障。
但这种暂时现象足以造成严重后果，传输线上阻抗不匹配造成信号的反射使信号传输质量下降，如视频同轴电缆由于阻抗不匹配造成的影响在视频图像上表现为重影；在控制信号传输线阻抗不匹配会将在脉冲序列的前后沿形成震荡，震荡的存在使高低电平间的阈值差变小，当震荡的幅值再大或有其他干扰引入时就无法正确分辨出脉冲电平值，导致通信时间变长或通信中断，使系统工作不可靠。
根据电磁理论，减少长线上信号反射的有效途径是阻抗匹配。
２阻抗匹配技术阻抗匹配是指信号源或者传输线跟负载之间的一种合适的搭配方式。
信号由传输线传输到终端，若无反射波产生，则此时的终端阻抗与传输线阻抗称为匹配，即ＺＬ＝ＺＯ。
当传输线终端匹配时，传输的信号电压波没有被反射，电流平稳地进入负载；当传输线始端匹配时，终端的反射波等于入射波，反射波到达始端时，则被匹配的阻抗所吸收，整个传输线被充电而达到稳定状态，不再有反射。
采用匹配的方法来消除反射，使信号可靠传输。
根据信号传输的方向，可采用终端匹配、始端匹配和总线匹配的方法。
２．１终端匹配终端匹配方法即在传输线终端接一个阻抗为ＺＯ的负载，由此满足ＺＬ＝ＺＯ为最佳匹配，此时，传输无反射现象。
在单个发射源单个接收源的相互通道中传输信号，常采用这种匹配方法。
终端匹配常采用的接法有以下三种。
２．１．１匹配电阻反馈到电源电压如图１所示，将终端匹配电阻ＺＬ＝ＺＯ跨接于接收端及Ｖｃｃ端，利用Ｖｃｃ对交流而言为接地的特点，构成对地回路。
如果发送端为ＯＣ门，则采用该方法更为方便。
该方法波形改善效果较好，对输出电平影响不大，仅低电平略有提高。
但由于电阻ＺＬ接入，势必消耗一部分有用功率，所以需考虑增加发送端的吸流负载。
工控系统串行通信传输线的阻抗匹配技术叶志琼郑春华（福建省湄洲湾职业技术学院电子系，福建莆田３５１２００）ＩｍｐｅｄａｎｃｅｍａｔｃｈｉｎｇＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓｏｆＳｅｒｉａｌＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｉｎＩｎｄｕｓｔｒｙＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍ摘要针对工控系统串行通信传输线的主要参数及其效应进行了分析和讨论，根据电磁理论，提出了抑制传输线效应的有效措施—阻抗匹配技术。
从提高工控系统可靠性的角度出发，对信号反射的不同形式给出了相应的阻抗匹配解决方案，同时提供了相应的电路原理图，具有实际的工程应用价值。
关键词：阻抗匹配，传输线效应，抗干扰ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｍａｉｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄｅｆｆｅｃｔｏｆｓｅｒｉａｌｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅｉｎｉｎｄｕｓｔｒｙｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｈａｖｅｂｅｅｎｄｉｓｃｕｓｓｅｄｉｎｔｈｅｐａ－ｐｅｒ．ＡｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏＥＭＣｔｈｅｏｒｙ，ｉｔｃｏｍｅｓｕｐｗｉｔｈａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｍｅａｓｕｒｅｉｎｒｅｓｔｒａｉｎｉｎｇｓｉｄｅ－ｅｆｆｅｃｔｏｆｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅ．Ａｉｍｏｎｉｍｐｒｏｖｉｎｇｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｉｎｄｕｓｔｒｙｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ，ｉｔｐｒｏｖｉｄｅｓｒｅｌｅｖａｎｔｓｏｌｕｔｉｏｎａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｉｇｎａｌｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ．Ａｎｄｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｅｎｃｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｃｉｒｃｕｉｔｈａｓｂｅｅｎｉｎｔｒｏｄｕｃｅｉｎｄｅｔａｉｌ．ｉｔｉｓｏｆｆａｉｒｌｙｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｖａｌｕｅｉｎｐｒａｃｔｉｃａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｉｍｐｅｄａｎｃｅｍａｔｃｈｉｎｇ，ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅ，ａｎｔｉ－ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ导线类型同轴电缆双绞线扁平线印刷板平行线特性阻抗５０Ω、７５Ω、１００Ω１００～２００Ω１３０～１５０Ω２００～３００Ω工控系统串行通信传输线的阻抗匹配技术１６《工业控制计算机》２００６年１９卷第１０期２．１．２匹配电阻反馈到地终端并联阻抗匹配，即在接收端与地之间跨接一个匹配电阻ＺＬ＝ＺＯ，如图２（ａ）所示，该法显然增加了发送端的放流负载，这对于一般ＴＴＬ电路来说是不能胜任的，常用于ＦＡＣＴ电路。
终端阻容匹配，即跨接一个电阻和电容来实现隔直阻抗匹配，如图２（ｂ）所示。
当Ｃ较大时，其阻抗接近于零，只起隔直流作用，不会影响阻抗匹配。
因此，只要Ｒ＝ＺＯ就可以了，电容的选取满足：Ｃ≥１０Ｔ／（ＲＳ＋ＺＯ）。
其中Ｔ为传输信号脉冲宽度，ＲＳ为始端低电平输出阻抗（约为２０Ω）。
这种终端阻容匹配方法有助于提高信号电平的抗干扰能力。
终端箝位二极管匹配，如图２（ｃ）所示。
由于终端输入的低电平箝位至０．３Ｖ以内，可以减少反冲与振荡现象，而且有了二极管，可以吸收反射波，减少了波的反射现象以及线间串扰，提高动态抗干扰能力。
图２匹配电阻反馈到地２．１．３电阻分压式匹配如图３所示，在接收端并接两个电阻，一个电阻跨接到Ｖｃｃ端，另一个电阻则跨接到地，使得ＺＯ＝（Ｒ１×Ｒ２）／（Ｒ１＋Ｒ２），采用电阻分压法可增大Ｒ１、Ｒ２的取值，从而减少了对发送端驱动器的负载要求。
若Ｒ２选取小值，则低电平拉入电流大，而使输入的低电平抬高；若Ｒ１选取小值，则使流入的电流增加，降低了高电平。
因此要权衡考虑，通常其电阻取值必须满足条件：Ｒ１Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）＝Ｚ０"Ｒ１＝ＺＯＶｃｃ／ＶＩＨ（１）Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）×Ｖｃｃ＝ＶＩＨ"Ｒ２＝ＺＯＶｃｃ／（Ｖｃｃ－ＶＩＨ）（２）一般ＴＴＬ器件ＶＩＨ２．４Ｖ，当ＺＯ＝１５０时，则可取Ｒ１＝Ｒ２＝３００，即可达到完全匹配。
２．２始端匹配在单个发送源对多个接收源进行相互通信时，由于电路中每个分支距离的不一致，引起延迟时间不同，这将导致多重辐射现象。
这时要达到每个分支均匹配、完全消除反射则相当困难，且由于接收端路数不同而直接影响接收端的负载电阻，所以不能采用终端匹配，可采用始端匹配，如图４所示。
始端匹配就是将匹配电阻置于信号发送端，其方法是在始端串接一个电阻ＺＳＬ，使ＺＳＬ＋ｒ＝ＺＳ＝ＺＯ（ｒ为信号源内阻）。
当ＺＬ＝ＺＯ时，可知发送端电压为Ｅ／２，即为ＺＳ与ＺＯ的分压比。
此时仅当终端电阻开路时（ＺＬ＝∝），终端电压才为信号电压Ｅ，因此始端匹配是有一定局限性的，要求接收端的输入阻抗尽可能高，该方式适用于ＭＯＳ电路或ＦＡＣＴ电路。
使用始端匹配时，还必须注意：虽然其输入端波形得到了匹配，但输出端波形会出现阶梯形状，因此接收端不能与发送端距离过近。
该方法的优点是避免了功率的损耗。
同时，为了尽可能地消除多重反射，设计电路时应注意：器件要尽可能靠近驱动器，以减少连线长度；各信号连线要平行、均匀分布，以使得传输线上的ＺＯ分布尽量一致。
２．３总线匹配在多发送端对多接收端的互联系统以及双向长线传输中，始端及终端的概念变得模糊，因此除考虑接收端总的负载阻抗外，还应采用相应的措施。
２．３．１ＲＣ串联端接方式如图５所示，电路设计将一个４３ｐＦ电容Ｃ与２２０欧电阻Ｒ串接到Ｖｃｃ端。
在静态时，由于电容隔直流，上拉电阻对传输线是开路的，即稳态时匹配电路不会影响正常工作；而动态时，由ＺＬ＝Ｒ＋１／ｊωＣ达到匹配效果，从而改善了波形。
２．３．２戴维宁（Ｔｈｅｖｅｎｉｎ）并行端接方式如图６（ａ）所示。
在双向长线传输中采用的是戴维宁式并行端接方案，即分压器型端接。
戴维宁等效阻抗可表示为Ｚｏ＝（Ｒ１×Ｒ２）／（Ｒ１＋Ｒ２），通常其电阻的取值应满足式（１）和式（２）。
图６双向长线传输的阻抗匹配实际应用中Ｒ１和Ｒ２的取值可取大一点，从而减少对发送端驱动器的负载要求。
此方案可以做到传输线特性阻抗的完全匹配，缺点是要消耗直流功率。
在ＩＥＥＥ－４８８总线中采用的即是这种匹配方案。
某些情况可以使用图６（ｂ）的方案：肖特基二极管或快速开关硅管并行端接，条件是二极管的开关速度必须至少比信号上升时间快４倍以上。
在传输线阻抗不好确定的情况下，使用二极管端接即方便又省时。
肖特基二极管的低正向电压降Ｖｆ（典型值０．３～０．４５Ｖ）将输入信号箝位到ＧＮＤ－Ｖｆ和Ｖｃｃ＋Ｖｆ之间，这样就显著减小了信号的过冲（正尖峰）和下冲（负尖峰）。
二极管端接的优点在于，二极管替换了需要电阻和电容元件的戴维宁端接或ＲＣ端接，通过二极管箝位减小过冲与下冲，不需要进行传输线的精确阻抗匹配。
有时也可以只端接一个二极管。
３结束语使用阻抗匹配对抑制传输线效应是一种方便、有效的途径。
在实际设计中只有根据应用系统的具体特点和应用环境的具体条件，选用合适的传输线及其布局方式，结合“长线驱动”、“屏蔽问题”、“光电耦合隔离”等，全面地考虑系统的信号传输可靠性，使绝大多数信号传输线路都能够取得良好的抑制干扰的效果，从总体上提高工控系统工作的可靠性。