阻抗匹配基本概念以及高频阻抗匹配
单片机电路中的阻抗匹配

单片机电路中的阻抗匹配单片机电路中的阻抗匹配1. 引言单片机电路中的阻抗匹配是一个重要的概念,它对于确保电路稳定性、性能优化以及能量传输都有着至关重要的作用。
在本文中,我们将深入探讨单片机电路中的阻抗匹配的重要性、应用领域以及相关的技术和方法。
2. 阻抗匹配的背景与概念阻抗匹配是指在电路中确保信号源和负载之间的阻抗一致,从而最大限度地传输信号能量并减少反射。
在单片机电路中,阻抗匹配不仅可以确保信号的无失真传输,还可以提高电路性能和稳定性。
3. 阻抗匹配的重要性阻抗匹配在单片机电路中起着至关重要的作用,它可以消除信号反射,提高传输效率,减少功耗,并确保电路的稳定性。
阻抗不匹配可能导致信号衰减、失真和不稳定性。
4. 单片机电路中的阻抗匹配技术在单片机电路中,有几种常用的阻抗匹配技术,包括传输线匹配、阻抗变换器和阻抗适配器等。
这些技术可以通过调整电路设计中的元件参数,如电感、电容和电阻等,来实现阻抗匹配。
4.1 传输线匹配传输线匹配是一种常见的阻抗匹配技术,它通过选择适当的传输线特性来匹配信号源和负载的阻抗。
常见的传输线有微带线、同轴电缆和双绞线等。
传输线匹配可以实现高频信号的传输稳定性和传输效率的提高。
4.2 阻抗变换器阻抗变换器是一种通过改变电路中的阻抗来实现阻抗匹配的技术。
常见的阻抗变换器有变压器、电容和电感等。
阻抗变换器可用于将信号源的高阻抗转换为负载的低阻抗,或者将负载的高阻抗转换为信号源的低阻抗。
4.3 阻抗适配器阻抗适配器是一种能够在信号源和负载之间匹配阻抗的电路。
它通过改变适配器的阻抗值来实现阻抗匹配。
常见的阻抗适配器有平衡器和不平衡器等。
阻抗适配器可以使信号源和负载之间的阻抗一致,从而实现信号的无失真传输。
5. 阻抗匹配的应用领域阻抗匹配广泛应用于单片机电路的设计和实现中。
它可以在无线通信系统中提高信号传输质量和信噪比,并减少功率损耗。
阻抗匹配还可以用于声音和图像处理、传感器接口和电力传输等领域。
阻抗匹配的原理及应用

阻抗匹配的原理及应用1. 阻抗匹配的定义在电子电路设计中,阻抗匹配是指将输入和输出电路的阻抗调整为互相匹配的过程。
阻抗匹配可以使信号在电路之间传输时最大限度地传递能量,减少能量反射和损耗。
通过阻抗匹配,可以提高电路的性能和信号传输质量。
2. 阻抗匹配的原理阻抗匹配的原理是基于两个基本的电路理论:傅里叶变换和最大功率传输定理。
2.1 傅里叶变换傅里叶变换是将一个时域信号分解成不同频率的正弦和余弦分量的数学技术。
在阻抗匹配中,傅里叶变换用于将时域信号转换为频域信号,从而分析信号的频谱特性。
2.2 最大功率传输定理最大功率传输定理是指当负载电阻与源电阻相等时,电路能够以最大功率传输能量。
阻抗匹配通过调整电路的阻抗使其与源电阻或负载电阻相等,从而实现最大功率传输。
3. 阻抗匹配的应用阻抗匹配在电子电路设计和通信系统中有广泛的应用。
3.1 无线通信系统在无线通信系统中,阻抗匹配用于将天线阻抗与无线发射机或接收机的阻抗匹配。
这可以提高无线信号的传输效率,减少信号损失和反射。
3.2 放大器设计在放大器设计中,阻抗匹配被广泛应用于放大器的输入和输出端口。
阻抗匹配可以使信号在放大器中传输时最大限度地传递能量,提高放大器的增益和线性度。
3.3 系统集成在系统集成中,阻抗匹配用于连接不同的电路模块。
通过阻抗匹配,可以使各个模块之间的阻抗匹配,确保信号的正确传输和系统的正常运行。
4. 阻抗匹配的方法在实际应用中,有多种方法可用于实现阻抗匹配。
以下是几种常见的方法:•使用阻抗变换器:阻抗变换器可以将一个阻抗转换为另一个阻抗,以实现阻抗匹配。
常见的阻抗变换器有电感、电容、变压器等。
•使用匹配网络:匹配网络是由电感、电容和电阻等元件构成的网络,用于调整输入和输出电路的阻抗以实现匹配。
•使用负馈:负馈可以将一个电路的输出信号反馈到输入端,以调整输入电路的阻抗与负载电路的阻抗匹配。
负馈可以通过放大器或运算放大器来实现。
•使用传输线:传输线可以通过调整传输线的长度或特性阻抗来实现阻抗匹配。
阻抗匹配概念

阻抗匹配概念阻抗匹配概念阻抗匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配,得到最大功率输出的一种工作状态。
对于不同特性的电路,匹配条件是不一样的。
在纯电阻电路中,当负载电阻等于激励源内阻时,则输出功率为最大,这种工作状态称为匹配,否则称为失配。
当激励源内阻抗和负载阻抗含有电抗成份时,为使负载得到最大功率,负载阻抗与内阻必须满足共扼关系,即电阻成份相等,电抗成份只数值相等而符号相反。
这种匹配条件称为共扼匹配。
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。
大体上,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夫图表上。
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,在图表上的点会沿著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。
重覆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。
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著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。
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。
RF基本观念_高频阻抗匹配与VSWR

-27-
-28-
二. 阻抗失配
(A) ZL Z0 E
ZL ZL =Z0 1.5E E
ZL
ZL=3Z0
0.5E
0
3/4 1/2 1/4 Load
(B) ZL < Z0
E
1.5E E
ZL ZL=1/3Z0
0.5E
-17-
0
3/4
1/2
1/4 Load
電抗性負載與阻抗匹(失)配的狀態
電抗性負載 (Reactive Loads)
-13-
傳輸線路
0 90 180 270 360 450
傳輸部分能量且反射 部分能量的狀態
Load
VSWR =1.5 / 0.5 = 3
-14-
設計傳輸線(T.L)用於阻抗匹配的實務考量
根據頻率( f )與波長( )特性 :
=C/f
呈現頻率愈高,波長愈短成反比關係.
IN
LUMPED L
圖示B Ref/Fwd Power
1- Ref/Fwd Power
VSWR=1+
SWR表測量 FWD POWER (S - S1) SWR表測量 REF POWER (S - S 2)
-23-
同軸電纜的長度與SWR測定關係
測定反射波時,將SWR表置入於射頻模組與天線之間, 如圖右所示. 該 駐波隨同軸電纜長度(L)位置不同而有差異;原則上,應插入於電性相同 處即同軸電纜 1/2 整倍數來測定.
VSWR Meter
Radio Set
Out- Circuit System
电感与电路中的阻抗匹配

电感与电路中的阻抗匹配在电路设计和应用中,电感和阻抗匹配是非常重要的概念。
电感是一种被动元件,通过它可以在电路中储存和释放能量。
而阻抗匹配则是为了确保电路中信号的传输能够有效、高效地进行。
一、电感的基本原理电感是由线圈或线圈组成的元件,通常由导体绕成螺旋形。
当电流通过线圈时,会在其内部产生磁场。
根据法拉第电磁感应定律,当电流改变时,线圈内部会产生一个电压。
这个电压与电流的变化率成正比,即:V = L * di/dt其中,V代表电感器两端的电压,L代表电感的感应系数,di/dt代表电流的变化率。
由于电感的特性,它可以阻止直流信号通过。
这是因为直流信号的电流变化率为零,所以在通过电感器时,电流无法发生变化,因此直流电路中电感会形成一个开路。
二、阻抗匹配的重要性阻抗匹配是为了确保信号在电路中能够有效地传输和接收而进行的一种调整。
在电路设计中,通常会使用电感来实现阻抗匹配。
阻抗是指电路中电流和电压之间的比例关系。
在接收信号的设备中,通常具有一个特定的输入阻抗。
当信号源和接收设备的阻抗不匹配时,会导致信号传输的损失和失真。
而通过使用电感进行阻抗匹配,可以有效地解决这个问题。
三、阻抗匹配的实现方式在电路设计中,可以通过串联和并联电感器的方式来实现阻抗匹配。
1. 串联电感器串联电感器是将多个电感器连接在一起,使得其总感应系数等于各个电感器感应系数之和。
通过串联电感器,可以增加电感值,从而改变阻抗值,以适应电路的要求。
2. 并联电感器并联电感器是将多个电感器连接在一起,使得其总感应系数等于各个电感器感应系数的倒数之和。
通过并联电感器,可以减小电感值,从而改变阻抗值,以适应电路的要求。
通过合理选择串联或并联电感器的方式,可以实现电路中的阻抗匹配,从而提高信号的传输效率和质量。
四、电感和阻抗匹配在实际中的应用电感和阻抗匹配在很多领域都有广泛的应用。
1. 通信领域:在无线通信系统中,由于信号的传输过程涉及到电路、天线等组件,而各个组件的阻抗不匹配会导致信号的损失和失真。
阻抗匹配

阻抗匹配(Impedance Matching)学院:信息工程学院班级: 08通信一班姓名:______王鲲鹏_______学号: 0839050阻抗匹配(Impedance Matching)1.什么是阻抗匹配?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。
在低频电路中,一般不考虑传输线的匹配问题,只考虑信号源跟负载之间的情况,因为低频信号的波长相对于传输线来说很长,传输线可以看成是“短线”,反射可以不考虑(可以这么理解:因为线短,即使反射回来,跟原信号还是一样的)。
从以上分析可以得出结论:如果需要输出电流大,则选择小的负载R;如果需要输出电压大,则选择大的负载R;如果需要输出功率最大,则选择跟信号源内阻匹配的电阻R。
当交流电路中含有容性或感性阻抗时,就需要信号源与负载阻抗的的实部相等,虚部互为相反数,此时达到匹配。
有时阻抗不匹配还有另外一层意思,例如一些仪器输出端是在特定的负载条件下设计的,如果负载条件改变了,则可能达不到原来的性能,这时我们也会叫做阻抗失配。
在高频电路中,我们还必须考虑反射的问题。
当信号的频率很高时,则信号的波长就很短,当波长短得跟传输线长度可以比拟时,反射信号叠加在原信号上将会改变原信号的形状。
如果传输线的特征阻抗跟负载阻抗不相等(即不匹配)时,在负载端就会产生反射。
传输线的特征阻抗(也叫做特性阻抗)是由传输线的结构以及材料决定的,而与传输线的长度,以及信号的幅度、频率等均无关。
阻抗匹配(Impedance Matching)在高频设计中是一个常用的概念,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。
匹配的实质就是设法在终端负载附近产生一新的反射波,使它恰好和负载引起的反射波等辐反相,彼此抵消,从而达到匹配传输的目的,从而提升能源效益。
一旦匹配完善,传输线即处于行波工作状态。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
英文名称:impedance matching基本概念信号传输过程中负载阻抗和信源内阻抗之间的特定配合关系。
一件器材的输出阻抗和所连接的负载阻抗之间所应满足的某种关系,以免接上负载后对器材本身的工作状态产生明显的影响。
对电子设备互连来说,例如信号源连放大器,前级连后级,只要后一级的输入阻抗大于前一级的输出阻抗5-10倍以上,就可认为阻抗匹配良好;对于放大器连接音箱来说,电子管机应选用与其输出端标称阻抗相等或接近的音箱,而晶体管放大器则无此限制,可以接任何阻抗的音箱。
匹配条件①负载阻抗等于信源内阻抗,即它们的模与辐角分别相等,这时在负载阻抗上可以得到无失真的电压传输。
②负载阻抗等于信源内阻抗的共轭值,即它们的模相等而辐角之和为零。
这时在负载阻抗上可以得到最大功率。
这种匹配条件称为共轭匹配。
如果信源内阻抗和负载阻抗均为纯阻性,则两种匹配条件是等同的。
阻抗匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配,得到最大功率输出的一种工作状态。
对于不同特性的电路,匹配条件是不一样的。
在纯电阻电路中,当负载电阻等于激励源内阻时,则输出功率为最大,这种工作状态称为匹配,否则称为失配。
当激励源内阻抗和负载阻抗含有电抗成份时,为使负载得到最大功率,负载阻抗与内阻必须满足共扼关系,即电阻成份相等,电抗成份绝对值相等而符号相反。
这种匹配条件称为共扼匹配。
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。
史密夫图表上。
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,在图表上的点会沿著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。
重覆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。
共轭匹配在信号源给定的情况下,输出功率取决于负载电阻与信号源内阻之比K,当两者相等,即K=1时,输出功率最大。
然而阻抗匹配的概念可以推广到交流电路,当负载阻抗与信号源阻抗共轭时,能够实现功率的最大传输,如果负载阻抗不满足共轭匹配的条件,就要在负载和信号源之间加一个阻抗变换网络,将负载阻抗变换为信号源阻抗的共轭,实现阻抗匹配。
匹配分类大体上,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夫图表上。
1. 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,在图表上的点会沿著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。
2. 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著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。
何为阻抗阻抗是电阻与电抗在向量上的和。
高频电路的阻抗匹配由于高频功率放大器工作于非线性状态,所以线性电路和阻抗匹配(即:负载阻抗与电源内阻相等)这一概念不能适用于它。
因为在非线性(如:丙类)工作的时候,电子器件的内阻变动剧烈:通流的时候,内阻很小;截止的时候,内阻接近无穷大。
因此输出电阻不是常数。
所以所谓匹配的时候内阻等于外阻,也就失去了意义。
因此,高频功率放大的阻抗匹配概念是:在给定的电路条件下,改变负载回路的可调元件,使电子器件送出额定的输出功率至负载。
这就叫做达到了匹配状态。
------------------------------------------------------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,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。
假设负载电阻为R,电源电动势为U,内阻为r,那么我们可以计算出流过电阻R的电流为:I=U/(R+r),可以看出,负载电阻R越小,则输出电流越大。
负载R上的电压为:Uo=IR=U*[1+(r/R)],可以看出,负载电阻R越大,则输出电压Uo越高。
再来计算一下电阻R消耗的功率为: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/{[(R-r)*(R-r)/R]+4*r}对于一个给定的信号源,其内阻r是固定的,而负载电阻R则是由我们来选择的。
注意式中[(R-r)*(R-r)/R],当R=r时,[(R-r)*(R-r)/R]可取得最小值0,这时负载电阻R上可获得最大输出功率Pmax=U*U/(4*r)。
即,当负载电阻跟信号源内阻相等时,负载可获得最大输出功率,这就是我们常说的阻抗匹配之一。
对于纯电阻电路,此结论同样适用于低频电路及高频电路。
当交流电路中含有容性或感性阻抗时,结论有所改变,就是需要信号源与负载阻抗的的实部相等,虚部互为相反数,这叫做共厄匹配。
在低频电路中,我们一般不考虑传输线的匹配问题,只考虑信号源跟负载之间的情况,因为低频信号的波长相对于传输线来说很长,传输线可以看成是“短线”,反射可以不考虑(可以这么理解:因为线短,即使反射回来,跟原信号还是一样的)。
从以上分析我们可以得出结论:如果我们需要输出电流大,则选择小的负载R;如果我们需要输出电压大,则选择大的负载R;如果我们需要输出功率最大,则选择跟信号源内阻匹配的电阻R。
有时阻抗不匹配还有另外一层意思,例如一些仪器输出端是在特定的负载条件下设计的,如果负载条件改变了,则可能达不到原来的性能,这时我们也会叫做阻抗失配。
在高频电路中,我们还必须考虑反射的问题。
当信号的频率很高时,则信号的波长就很短,当波长短得跟传输线长度可以比拟时,反射信号叠加在原信号上将会改变原信号的形状。
如果传输线的特征阻抗跟负载阻抗不匹配(相等)时,在负载端就会产生反射。
为什么阻抗不匹配时会产生反射以及特征阻抗的求解方法,牵涉到二阶偏微分方程的求解,在这里我们不细说了,有兴趣的可参看电磁场与微波方面书籍中的传输线理论。
传输线的特征阻抗(也叫做特性阻抗)是由传输线的结构以及材料决定的,而与传输线的长度,以及信号的幅度、频率等均无关。
例如,常用的闭路电视同轴电缆特性阻抗为75欧,而一些射频设备上则常用特征阻抗为50欧的同轴电缆。
另外还有一种常见的传输线是特性阻抗为300欧的扁平平行线,这在农村使用的电视天线架上比较常见,用来做八木天线的馈线。
因为电视机的射频输入端输入阻抗为75欧,所以300欧的馈线将与其不能匹配。
实际中是如何解决这个问题的呢?不知道大家有没有留意到,电视机的附件中,有一个300欧到75欧的阻抗转换器(一个塑料包装的,一端有一个圆形的插头的那个东东,大概有两个大拇指那么大的)?它里面其实就是一个传输线变压器,将300欧的阻抗,变换成75欧的,这样就可以匹配起来了。
这里需要强调一点的是,特性阻抗跟我们通常理解的电阻不是一个概念,它与传输线的长度无关,也不能通过使用欧姆表来测量。
为了不产生反射,负载阻抗跟传输线的特征阻抗应该相等,这就是传输线的阻抗匹配。
如果阻抗不匹配会有什么不良后果呢?如果不匹配,则会形成反射,能量传递不过去,降低效率;会在传输线上形成驻波(简单的理解,就是有些地方信号强,有些地方信号弱),导致传输线的有效功率容量降低;功率发射不出去,甚至会损坏发射设备。
如果是电路板上的高速信号线与负载阻抗不匹配时,会产生震荡,辐射干扰等。
当阻抗不匹配时,有哪些办法让它匹配呢?第一,可以考虑使用变压器来做阻抗转换,就像上面所说的电视机中的那个例子那样。
第二,可以考虑使用串联/并联电容或电感的办法,这在调试射频电路时常使用。
第三,可以考虑使用串联/并联电阻的办法。
一些驱动器的阻抗比较低,可以串联一个合适的电阻来跟传输线匹配,例如高速信号线,有时会串联一个几十欧的电阻。
而一些接收器的输入阻抗则比较高,可以使用并联电阻的方法,来跟传输线匹配,例如,485总线接收器,常在数据线终端并联120欧的匹配电阻。
为了帮助大家理解阻抗不匹配时的反射问题,我来举两个例子:假设你在练习拳击——打沙包。
如果是一个重量合适的、硬度合适的沙包,你打上去会感觉很舒服。
但是,如果哪一天我把沙包做了手脚,例如,里面换成了铁沙,你还是用以前的力打上去,你的手可能就会受不了了——这就是负载过重的情况,会产生很大的反弹力。
相反,如果我把里面换成了很轻很轻的东西,你一出拳,则可能会扑空,手也可能会受不了——这就是负载过轻的情况。
另一个例子,不知道大家有没有过这样的经历:就是看不清楼梯时上/下楼梯,当你以为还有楼梯时,就会出现“负载不匹配”这样的感觉了。
当然,也许这样的例子不太恰当,但我们可以拿它来理解负载不匹配时的反射情况。
------------------------------------------------------高速PCB设计中的阻抗匹配(资料整理)阻抗匹配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。
在高速PCB 设计中,阻抗的匹配与否关系到信号的质量优劣。
PCB走线什么时候需要做阻抗匹配?不主要看频率,而关键是看信号的边沿陡峭程度,即信号的上升/下降时间,一般认为如果信号的上升/下降时间(按10%~90%计)小于6倍导线延时,就是高速信号,必须注意阻抗匹配的问题。
导线延时一般取值为150ps/inch。