传输线阻抗匹配方法
阻抗匹配计算公式 zhihu
阻抗匹配计算公式 zhihu阻抗匹配是为了使得两个电路或设备之间的阻抗相互匹配，以达到最大功率传输或信号传输的目的。
在电路中，阻抗可以表示为复数的形式，即阻抗值与相位差。
常见的阻抗匹配公式有：1. 普通阻抗匹配公式：当源电阻/负载电阻/传输线特性阻抗与目标阻抗不匹配时，使用以下公式进行阻抗匹配。
- 对于串联匹配：RL = |ZL|，其中RL为串联电阻，即源电阻或负载电阻的阻抗值。
XL = Xs，其中XL为串联电感的阻抗值，Xs为源电阻等效电感的阻抗值。
XC = Xc，其中XC为串联电容的阻抗值，Xc为源电阻等效电容的阻抗值。
这样，源电阻/负载电阻/传输线特性阻抗可以表示为：Zs = RL + j(Xs - Xc)- 对于并联匹配：RL = |ZL|，其中RL为并联电阻，即源电阻或负载电阻的阻抗值。
XL = Xs，其中XL为并联电感的阻抗值，Xs为源电阻等效电感的阻抗值。
XC = Xc，其中XC为并联电容的阻抗值，Xc为源电阻等效电容的阻抗值。
这样，源电阻/负载电阻/传输线特性阻抗可以表示为：Zs = RL || j(Xs + Xc)2. 变压器阻抗匹配公式：当需要将源电压的阻抗匹配到负载电阻时，可以使用变压器进行阻抗匹配。
- 对于串联匹配：Ns/Np = sqrt(zL/Rs)，其中Ns为源侧绕组匝数，Np为负载侧绕组匝数，zL为负载电阻的阻抗值，Rs为源阻的阻抗值。
- 对于并联匹配：Ns/Np = sqrt(Rs/zL)，其中Ns为源侧绕组匝数，Np为负载侧绕组匝数，zL为负载电阻的阻抗值，Rs为源阻的阻抗值。
以上是阻抗匹配的常见计算公式，实际应用中还需要根据具体的电路和设备情况进行调整和优化。
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。
阻抗匹配设计原理及方法
阻抗匹配设计原理及⽅法阻抗匹配（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，⼏乎不会有信号反射回来源点，从⽽提升能源效益。
阻抗匹配有两种，⼀种是透过改变阻抗⼒（lumped-circuit matching），另⼀种则是调整传输线的波长（transmission line matching）。
要匹配⼀组线路，⾸先把负载点的阻抗值，除以传输线的特性阻抗值来归⼀化，然后把数值划在史密斯图上。
改变阻抗⼒把电容或电感与负载串联起来，即可增加或减少负载的阻抗值，在图表上的点会沿着代表实数电阻的圆圈⾛动。
如果把电容或电感接地，⾸先图表上的点会以图中⼼旋转180度，然后才沿电阻圈⾛动，再沿中⼼旋转180度。
重复以上⽅法直⾄电阻值变成1，即可直接把阻抗⼒变为零完成匹配。
阻抗匹配：简单的说就是「特性阻抗」等于「负载阻抗」。
调整传输线由负载点⾄来源点加长传输线，在图表上的圆点会沿着图中⼼以逆时针⽅向⾛动，直⾄⾛到电阻值为1的圆圈上，即可加电容或电感把阻抗⼒调整为零，完成匹配。
阻抗匹配则传输功率⼤，对于⼀个电源来讲，单它的内阻等于负载时，输出功率最⼤，此时阻抗匹配。
最⼤功率传输定理，如果是⾼频的话，就是⽆反射波。
对于普通的宽频放⼤器，输出阻抗50Ω，功率传输电路中需要考虑阻抗匹配，可是如果信号波长远远⼤于电缆长度，即缆长可以忽略的话，就⽆须考虑阻抗匹配了。
阻抗匹配是指在能量传输时,要求负载阻抗要和传输线的特征阻抗相等,此时的传输不会产⽣反射,这表明所有能量都被负载吸收了.反之则在传输中有能量损失。
⾼速PCB布线时，为了防⽌信号的反射，要求是线路的阻抗为50欧姆。
这是个⼤约的数字,⼀般规定同轴电缆基带50欧姆,频带75欧姆,对绞线则为100欧姆,只是取个整⽽已,为了匹配⽅便.阻抗从字⾯上看就与电阻不⼀样，其中只有⼀个阻字是相同的，⽽另⼀个抗字呢？简单地说，阻抗就是电阻加电抗，所以才叫阻抗；周延⼀点地说，阻抗就是电阻、电容抗及电感抗在向量上的和。
传输线理论阻抗匹配
2. 串联单支节公式：
BL
t
tg
d
BL
2Y0
GL Y0
Y0
GL
2
BL2
GL Y0
GL Y0 GL Y0
d的两个主要解为：
d
d
1
2
1
2
arctgt t
+arctgt
0
t
0
Z0
Z 1/Y Z0
ZL
Z0
l
短路或 开路
2020/7/22
28
短路支节：lsc
1
2
arctg
（3.3）
假定信号源阻抗是固定的，考虑以下三种负载阻抗情况：
负载与传输线匹配（ZL= Z0）
传给负载传输的功率
ГL=0
P
1 2
EG
2
Z0
Z0
RG 2 XG 2
（3.4）
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6
信号源与端接传输线匹配（Zin= ZG） Гin=0
传给负载传输的功率
P 1 2
EG 2 4
RG
RG2
yL
负载匹配，加＋j 0.3
归一化导纳落在
zL
1 j圆b周上
归一化导纳 y 0.4 j0.5
z 1 j1.2
阻抗 z 1 j1.2 要落在归一化阻抗圆周上 1 jx
串联电抗 x j1.2
2020/7/22
14
由此得到相应的元件值为：
C b 0.92pF;
2 fZ0
C 1 2.61pF;
Zin
Z
* G
假定信号源的内阻抗为固定，可改变输入阻抗Zin使送 到负载的功率最大。
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。
第六节传输线的阻抗匹配课件
传输线的参数
01
02
03
特性阻抗
传输线上的电压与电流之 比，是传输线的重要参数 。
电容和电感
传输线上的分布电容和分 布电感会影响信号的传输 。
传播速度
信号在传输线上的传播速 度与介质的介电常数有关 。
传输线的应用场景
通信系统
传输线在通信系统中用于 信号的传输，如电话线、 同轴电缆等。
测量仪器
传输线用于测量设备的信 号传输，如示波器、频谱 分析仪等。
通过改变传输线的长度，实现阻抗匹配。
选择合适的传输线类型
根据信号频率和传输距离的要求，选择合适的传输线类型，如同轴 线、双绞线等。
使用阻抗匹配网络
在传输线两端添加阻抗匹配网络，以实现信号的完整传输。
优化阻抗匹配的实例分析
50欧姆系统
在50欧姆系统中，通常采用特性阻抗为50欧姆的传输线进行 阻抗匹配。
微带线设计
在微带线设计中，通过精确计算线宽和间距，实现阻抗匹配 ，提高信号传输质量。
05
CATALOGUE
阻抗匹配的测试与验证
测试设备与测试方法
信号发生器
用于产生测试所需的信 号，具有稳定的频率和
幅度输出。
功率放大器
用于放大信号源输出的 信号，提高测试信号的
功率。
阻抗匹配测试仪
用于测量传输线的阻抗 ，判断是否与负载阻抗
电子设备
传输线用于电子设备内部 各部分之间的信号传输， 如电脑、手机等。
03
CATALOGUE
阻抗匹配的实现方法
通过变换元件实现阻抗匹配
电阻变换
电感变换
通过串联或并联电阻，改变传输线的 阻抗，实现阻抗匹配。
通过串联或并联电感，改变传输线的 阻抗，实现阻抗匹配。
微带传输线的阻抗匹配问题
微带传输线的阻抗匹配问题微带传输线的匹配问题串联匹配Rs 为驱动端的输出电阻（电阻值很小）；Z0为传输线特征阻抗；负载端输入电阻很大，近似开路。
为了达到电阻匹配，在驱动端串联电阻R ，使Rs ＋R ＝Z0（电阻串联匹配）当驱动端有一个从5V 降到1V 的脉冲时（具体多大电压不重要），在信号从负载端反射回驱动端之前，驱动端的压降只有2V ，（5－1）/2，相当是Rs ＋R 和Z0分压（如图下部），就是搞不懂为什么会分压，Z0怎么就接地了呢？请教，谢谢！传输线是一对导线组成的，包括信号传播路径和返回路径（即“地”）。
特征阻抗是指传播路径和返回路径之间的等效电阻。
只要信号没达到终端，在任何时刻，在传输线上的任意点，信号都会“感受”到该等效电阻，因为传输线上任意点都要给该点以后的传输线提供能量。
我认为传输线的特征阻抗并不是表示一个串联在源端和终端之间的一个电阻，应该认为在源端看来，它是一个阻值为Z0的到地的一个电阻。
从理想传输线模型（大概是这样，具体忘了，可能有不少问题）可以看到这一点。
信号从源端入射，不断地给分布电容、分布电感提供能量，从左到右建立电磁场，直到信号传送到终端。
并联匹配上面我说的只是源端的情况。
下面说说终端的情况。
信号传到终端时，根据负载的不同，情况不同。
当负载阻抗等于特征阻抗时，信号被负载完全吸收，不会发生反射；当负载阻抗大于特征阻抗时，会有一个电压为正的反射信号，一种典型情况是终端开路，这时反射电压等于入射电压，即全反射；负载阻抗大于特征阻抗时，会有一个电压为负的反射信号，一种典型情况是终端短路，这时反射电压等于负的入射电压。
反射电压和入射电压会在终端叠加，所以当终端负载阻抗很大时，会有信号过冲。
为了抑制信号的反射，需要做阻抗匹配。
所谓的阻抗匹配，就是使得传输线的终端负载等于特征阻抗。
匹配有两种方法：1. 源端串联匹配方法。
这种匹配方法实际上是在传输线上入射一半的信号电压，当信号传到终端时，由于负载阻抗非常大，近似于开路，信号在终端发生全反射，反射电压加上入射电压就等于信号原来的电压了。
不同宽度电阻的匹配方法
不同宽度电阻的匹配方法
电阻匹配是电子设计中常见的概念，主要涉及到信号的传输和阻抗的匹配。
在信号传输过程中，如果信号源和负载的阻抗不匹配，会导致信号的反射、失真或者能量损失。
为了解决这个问题，通常需要使用电阻来进行阻抗匹配。
对于不同宽度的电阻，阻值可能会有所不同，但匹配的方法基本相同。
以下是一些常见的电阻匹配方法：
1. 串联匹配：将一个较小的电阻串联在信号线上，可以起到阻抗匹配的作用。
这种方法适用于信号线的长度较短，传输线效应不明显的场合。
2. 并联匹配：将一个较小的电阻并联在信号线上，也可以起到阻抗匹配的作用。
这种方法适用于信号线的长度较长，传输线效应比较明显的场合。
3. 终端匹配：在信号线的末端接入一个与传输线特性阻抗相等的电阻，使得信号在传输过程中不会产生反射。
这种方法适用于信号线长度较长，传输线效应比较明显的场合。
4. 分布式匹配：在信号线的始端和末端分别接入一个与传输线特性阻抗相等的电阻，使得信号在传输过程中不会产生反射。
这种方法适用于信号线长度很长，传输线效应非常明显的场合。
需要注意的是，电阻匹配的方法需要根据具体的应用场景和电路参数来选择，例如信号的频率、功率、传输线的长度和材料等。
同时，电阻的精度和稳定性也需要考虑，以确保匹配的效果能够满足系统的要求。
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传输线阻抗匹配方法
匹配阻抗的端接有多种方式，包括并联终端匹配、串联终端匹配、戴维南终端匹配、AC终端匹配、肖特基二极管终端匹配。
1.并联终端匹配
并联终端匹配是最简单的终端匹配技术，通过一个电阻R将传输线的末端接到地或者接到V CC上。
电阻R的值必须同传输线的特征阻抗Z0匹配，以消除信号的反射。
终端匹配到V CC可以提高驱动器的源的驱动能力，而终端匹配到地则可以提高电流的吸收能力。
并联终端匹配技术突出的优点就是这种类型终端匹配技术的设计和应用简便易行，在这种终端匹配技术中仅需要一个额外的元器件；这种技术的缺点在于终端匹配电阻会带来直流功率消耗。
另外并联终端匹配技术也会使信号的逻辑高输出电平的情况退化。
将TTL输出终端匹配到地会降低V OH的电平值，从而降低了接收器输入端对噪声的免疫能力。
对长走线进行并联终端匹配后仿真，波形如下：
2.串联终端匹配
串联终端匹配技术是在驱动器输出端和信号线之间串联一个电阻，是一种源
端的终端匹配技术。
驱动器输出阻抗R0以及电阻R值的和必须同信号线的特征阻抗Z0匹配。
对于这种类型的终端匹配技术，由于信号会在传输线、串联匹配电阻以及驱动器的阻抗之间实现信号电压的分配，因而加在信号线上的电压实际只有一半的信号电压。
而在接收端，由于信号线阻抗和接收器阻抗的不匹配，通常情况下，接收器的输入阻抗更高，因而会导致大约同样幅度值信号的反射，称之为附加的信号波形。
因而接收器会马上看到全部的信号电压（附加信号和反射信号之和），而附加的信号电压会向驱动端传递。
然而不会出现进一步的信号反射，这是因为串联的匹配电阻在接收器端实现了反射信号的终端匹配。
串联终端匹配技术的优点是这种匹配技术仅仅为系统中的每一个驱动器增加一个电阻元件，而且相对于其它的电阻类型终端匹配技术来说，串联终端匹配技术中匹配电阻的功耗是最小的，而且串联终端匹配技术不会给驱动器增加任何额外的直流负载，也不会在信号线与地之间引入额外的阻抗。
由于许多的驱动器都是非线性的驱动器，驱动器的输出阻抗随着器件逻辑状态的变化而变化，从而导致串联匹配电阻的合理选择更加复杂。
所以，很难应用某一个简单的设计公式为串联匹配电阻来选择一个最合适的值。
对长走线进行串联终端匹配后仿真，波形如下：
3.戴维南终端匹配
戴维南终端匹配技术也叫做双电阻终端匹配技术，采用两个电阻来实现终端匹配，R1和R2的并联组合要求同信号线的特征阻抗Z0匹配。
R2的作用是帮助驱动器更加容易地到达逻辑高状态，这通过从VCC向负载注入电流来实现。
与此相类似，R1的作用是帮助驱动器更加容易地到达逻辑低状态，这通过R2向地释放电流来实现。
在这种匹配方式下，终端匹配电阻同时还作为上拉电阻和下拉电阻来使用，因而提高了系统的噪声容限。
戴维南终端匹配技术同样通过向负载提供额外的电流从而有效地减轻了驱动器的负担，另外这种终端匹配技术还能够有效地抑制信号过冲。
戴维南终端匹配的一个缺点就是无论逻辑状态是高还是低，在V CC到地之间都会有一个常量的直流电流存在，因而会导致终端匹配电阻中有静态的直流功耗。
这种终端匹配技术同样也要求两个匹配电阻之间存在一定的比例关系，同时也存在额外的到电源和地的线路连接。
负载电容和电阻（Z0、R1和R2的并联组合）会对信号的上升时间产生影响，提升驱动器的输出电压。
对长走线进行戴维南终端匹配后仿真，波形如下：
4.终端匹配
AC终端匹配技术也称之为RC终端匹配技术，由一个电阻R和一个电容C 组成，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，电容值的选择却十分复杂，这是因为电容值太小会导致RC时间常数过小，这样一来该RC电路就类型于一个尖锐信号沿发生器，从而引入信号的过冲与下冲，另一方面，较大的电容值会带来更大的功率消耗。
通常情况下，要确保RC时间常数大于该传输线负载延时的两倍。
终端匹配元器件上的功率消耗是频率、信号占空比、以及过去数据位模式的函数。
所有这些因素都将影响终端匹配电容的充电和放电特性，从而影响功率消耗。
AC终端匹配技术的优势在于终端匹配电容阻隔了直流通路，因此节省了可观的功率消耗，同时恰当地选取匹配电容的值，可以确保负载端的信号波形接近理想的方波，同时信号的过冲与下冲又都很小。
AC终端匹配技术的一个缺点是信号线上的数据可能出现时间上的抖动，这主要取决于在此之前的数据位模式。
举例来说，一个较长的类似的位串数据会导致信号传输线和电容充电到驱动器的最高输出电平值。
然后，如果紧接着的是一个相位相反的数据位就需要花比正常情况更长的时间来确保信号跨越接收器逻辑阈值电平，这是因为接收器端的电压起自一个很高的电位。
对长走线进行RC终端匹配后仿真，波形如下：
5.肖特基二极管终端匹配
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。
传输线末端任何的信号反射，如果导致接收器输入端上的电压超过V CC和二极管的正向偏值电压，该二极管就会正向导通连接到V CC上。
该二极管导通从而将信号的过冲箝位到V CC和二极管的阈值电压的和上。
同样连接到地上的二极管也可以将信号的下冲限制在二极管的正向偏置电压上。
然而该二极管不会吸收任何的能量，而仅仅只是将能量导向电源或者是地。
这种工作方式的结果是，传输线上就会出现多次的信号反射。
信号的反射会逐渐衰减，主要是因为能量会通过二极管在电源和地之间实现能量的交换，以及传输线上的电阻性损耗。
能量的损耗限制了信号反射的幅度，确保信号的完整性。
不同于传统的终端匹配技术，二极管终端匹配技术的一个优势就是，肖特基二极管终端匹配无须考虑真正意义上的匹配。
所以，当传输线的特征阻抗Z0不清楚时，比较适合采用这种终端匹配技术。
同时，在肖特基二极管上的动态导通电阻上消耗的功率远远小于任何电阻类型终端匹配技术的功率消耗。
事实上，反射功率的一部分会通过正向偏置的二极管反馈回到V CC或者地，同样也可以在传输线上任何可能引发信号反射的位置加入肖特基二极管。
二极管终端匹配技术的缺点是多次信号反射的存在可能会影响后续信号的行为。