高频设计中的阻抗匹配
高频电路阻抗匹配16
科研训练设计题目:高频电路阻抗匹配专业班级:科技0701姓名:李涛涛班内序号:16指导教师:梁猛地点:三号实验楼236时间:2010.9.14~2010.11.22电子科学与技术教研室目录摘要一引言 1 二问题分析 1 三基于匹配网络实现阻抗匹配 3 3.1 实现高频电路原理框图 3 3.2 匹配网络类型 3四理论分析 4 4.1 功率放大器的结构 4 4.2 高频谐振功率放大器工作过程5 4.3高频谐振功率放大器电流和电压波形 5 4.4 高频谐振功率放大器的负载特性 5 4.5高频谐振功率放大器的调谐特性 6 五具体实例 6 六结论 6参考文献摘要阻抗匹配是电路中常见的一种工作状态,当电路实现阻抗匹配时,将获得最大的功率传输。
反之,当电路阻抗失配时,不但得不到最大的功率传输,还可能对电路产生损害。
本文简要阐述了高频电路中的阻抗匹配以及采用什么方式的匹配。
关键词:高频电路阻抗匹配匹配网络一引言在高频领域,因高频的性质是电磁波,具有波的特性,所以要用电磁波传输理论来设计电路。
在传输过程中要尽量减少信号反射,就要考虑传输介质的材料特性、机械形状、尺寸等一系列参数,阻抗值实际是“波阻抗”,是一种等效阻抗。
阻抗不匹配会带来电磁波在电路里的反射,反射使得传输效率降低,噪声增加,电路性能下降,严重的还会烧毁功率器件。
低频下的匹配主要是为了让输出功率最大化;高频下的匹配主要是为了防止反射reflect。
所以在高频电路中如何使阻抗达到匹配,从而提高系统的性能是一个很关键的问题。
在此,主要以功率放大器来分析高频电路阻抗匹配。
二问题分析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。
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。
ad四层板100欧姆阻抗匹配规则设计
AD四层板100欧姆阻抗匹配规则设计一、阻抗匹配的重要性在高速数字信号传输中,阻抗匹配是至关重要的。
阻抗匹配能够减少信号反射和能量损失,提高信号的传输效率和质量。
如果信号源与传输线之间的阻抗不匹配,会导致信号波形畸变,影响信号的完整性。
在某些情况下,不匹配的阻抗甚至可能导致信号传输失败。
因此,为了确保信号的稳定传输,必须实现阻抗匹配。
二、100欧姆阻抗匹配的目标在高速数字电路中,100欧姆阻抗匹配是最常用的标准之一。
这个阻抗值能够确保信号的稳定传输,减小反射和干扰。
在设计过程中,应尽量使线路的电感和电容值接近100欧姆,以达到最佳的阻抗匹配效果。
三、AD四层板的层叠结构AD四层板是一种常见的印刷电路板(PCB)类型,其由四层导体和绝缘层组成。
其层叠结构对于实现100欧姆阻抗匹配至关重要。
通过合理配置电源和接地层、信号层的数量和位置,可以减小信号回路的电感和电容,从而提高阻抗匹配的效果。
四、微带线与带状线的选择在AD四层板设计中,微带线和带状线是两种常用的传输线类型。
微带线具有较低的辐射损耗和较高的特性阻抗,适用于高频信号传输。
带状线则具有较低的寄生电容和电感,适用于低频信号传输。
根据具体应用需求选择合适的传输线类型,可以提高阻抗匹配的效果。
五、线宽与间距的设计线宽和间距是影响线路阻抗的主要因素之一。
通过合理设计线宽和间距,可以调整线路的电感和电容值,从而实现最佳的阻抗匹配效果。
线宽越宽,间距越大,线路的电感和电容值越小,反之亦然。
在AD四层板设计中,应根据具体需求和参数进行线宽和间距的计算和选择。
六、层间耦合与串扰抑制在多层PCB中,层间耦合和串扰问题对阻抗匹配的影响不容忽视。
相邻层之间的信号线之间存在耦合电容和耦合电感,这会影响线路的阻抗值。
此外,当信号线之间的距离过近时,可能会产生串扰现象,影响信号的完整性。
为了减小层间耦合和串扰问题对阻抗匹配的影响,应合理设计层间布局和布线,保持适当的间距和采用噪声抑制措施。
详解阻抗匹配原理
详解阻抗匹配原理本文主要详解什么是阻抗匹配,首先介绍了输入及输出阻抗是什么,其次介绍了阻抗匹配的原理,最后阐述了阻抗匹配的应用领域,具体的跟随小编一起来了解一下吧。
一、输入阻抗输入阻抗是指一个电路输入端的等效阻抗。
在输入端上加上一个电压源U,测量输入端的电流I,则输入阻抗Rin就是U/I。
你可以把输入端想象成一个电阻的两端,这个电阻的阻值,就是输入阻抗。
输入阻抗跟一个普通的电抗元件没什么两样,它反映了对电流阻碍作用的大小。
对于电压驱动的电路,输入阻抗越大,则对电压源的负载就越轻,因而就越容易驱动,也不会对信号源有影响;而对于电流驱动型的电路,输入阻抗越小,则对电流源的负载就越轻。
因此,我们可以这样认为:如果是用电压源来驱动的,则输入阻抗越大越好;如果是用电流源来驱动的,则阻抗越小越好(注:只适合于低频电路,在高频电路中,还要考虑阻抗匹配问题),另外如果要获取最大输出功率时,也要考虑阻抗匹配问题二、输出阻抗无论信号源或放大器还有电源,都有输出阻抗的问题。
输出阻抗就是一个信号源的内阻。
本来,对于一个理想的电压源(包括电源),内阻应该为0,或理想电流源的阻抗应当为无穷大。
但现实中的电压源,则不能做到这一点。
我们常用一个理想电压源串联一个电阻r的方式来等效一个实际的电压源。
这个跟理想电压源串联的电阻r,就是(信号源/放大器输出/电源)内阻了。
当这个电压源给负载供电时,就会有电流 I 从这个负载上流过,并在这个电阻上产生 I×r 的电压降。
这将导致电源输出电压的下降,从而限制了最大输出功率(关于为什么会限制最大输出功率,请看后面的“阻抗匹配”一问)。
同样的,一个理想的电流源,输出阻抗应该是无穷大,但实际的电路是不可能的。
三、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。
阻抗匹配与阻抗线线宽设置_1129
一、阻抗匹配概念定义:1、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。
2、阻抗匹配(Impeda nee matchi ng是微波电子学里的一部分,主要用于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,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。
我们以下例(软管送水浇花来感性认识一下阻抗匹配的功用A、一端于手握处加压使其射出水柱,另一端接在水龙头,。
当握管处所施压的力道恰好,而让水柱的射程正确洒落在目标区.如下图所示:B、然而一旦用力过度水注射程太远,不但腾空越过目标浪费水资源。
也有可能因强力水压无处宣泄,以致往来源反弹造成软管自龙头上的挣脱(阻抗太高;如下图所示:C、反之,当握处之挤压不足以致射程太近者,则照样得不到想要的结果。
(阻抗太低,如下图所示;唯有拿捏恰到好处才能符合实际需求的距离。
(阻抗匹配二、PCB走线的阻抗匹配与阻抗控制(1定义阻抗匹配是电路学里的重要议题,也是射频微波电路的重点。
一般的传输线都是一端接电源,另一端接负载,此负载可能是天线或任何具有等效阻抗ZL的电路<传输线阻抗和负载阻抗达到匹配的定义,简单说就是:ZO=ZL。
在阻抗匹配的环境中,负载端是不会反射电波的,换句话说,电磁能量完全被负载吸收。
因为传输线的主要功能就是传输能量和传送电子讯号或数字数据,一个阻抗匹配的负载和电路网络,将可确保传输到最终负载的电磁能量值能达到最大量。
(2 PCB走线作阻抗控制的原因1:针对目前高频高速的要求,及对信号失真状况越来越高的要求,在设计PCB时方波信号在多层板讯号线中,其特性阻抗值必须要和电子元件的内置电子阻抗相匹配,才能保证信号的完整的传输。
2:当特性阻抗值超出公差时,所传讯号的能量将出现反射、散失、衰减或延误等劣化现象,严重时会出现错误讯号。
3:由于元件的电子阻抗越高,其传输速率越快。
阻抗
一、输入阻抗输入阻抗是指一个电路输入端的等效阻抗。
在输入端上加上一个电压源U,测量输入端的电流I,则输入阻抗Rin就是U/I。
你可以把输入端想象成一个电阻的两端,这个电阻的阻值,就是输入阻抗。
输入阻抗跟一个普通的电抗元件没什么两样,它反映了对电流阻碍作用的大小。
对于电压驱动的电路,输入阻抗越大,则对电压源的负载就越轻,因而就越容易驱动,也不会对信号源有影响;而对于电流驱动型的电路,输入阻抗越小,则对电流源的负载就越轻。
因此,我们可以这样认为:如果是用电压源来驱动的,则输入阻抗越大越好;如果是用电流源来驱动的,则阻抗越小越好(注:只适合于低频电路,在高频电路中,还要考虑阻抗匹配问题。
另外如果要获取最大输出功率时,也要考虑阻抗匹配问题二、输出阻抗无论信号源或放大器还有电源,都有输出阻抗的问题。
输出阻抗就是一个信号源的内阻。
本来,对于一个理想的电压源(包括电源),内阻应该为0,或理想电流源的阻抗应当为无穷大。
输出阻抗在电路设计最特别需要注意但现实中的电压源,则不能做到这一点。
我们常用一个理想电压源串联一个电阻r的方式来等效一个实际的电压源。
这个跟理想电压源串联的电阻r,就是(信号源/放大器输出/电源)的内阻了。
当这个电压源给负载供电时,就会有电流I从这个负载上流过,并在这个电阻上产生I×r的电压降。
这将导致电源输出电压的下降,从而限制了最大输出功率(关于为什么会限制最大输出功率,请看后面的“阻抗匹配”一问)。
同样的,一个理想的电流源,输出阻抗应该是无穷大,但实际的电路是不可能的三、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。
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。
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。
阻抗匹配基本概念以及高频阻抗匹配
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。
什么是阻抗?什么是阻抗匹配?为什么要阻抗匹配?
什么是阻抗?什么是阻抗匹配?为什么要阻抗匹配?什么是阻抗?具有电阻、电感和电容的电路里,对交流电所起的阻碍作用叫做阻抗。
阻抗常用Z表示。
阻抗由电阻、感抗和容抗三者组成,但不是三者简单相加。
如果三者是串联的,又知道交流电的频率f、电阻R、电感L和电容C,那么串联电路的阻抗阻抗的单位是欧。
对于一个具体电路,阻抗不是不变的,而是随着频率变化而变化。
在电阻、电感和电容串联电路中,电路的阻抗一般来说比电阻大。
也就是阻抗减小到最小值。
在电感和电容并联电路中,谐振的时候阻抗增加到最大值,这和串联电路相反。
阻抗匹配在高频设计中是一个常用的概念,这篇文章对这个“阻抗匹配”进行了比较好的解析。
回答了什么是阻抗匹配。
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。
阻抗匹配原理
阻抗匹配原理
阻抗匹配是一种用于电路设计中的技术,旨在实现电路之间的最大功率传输。
阻抗匹配原理通过调整电路内部阻抗的数值,使其与外部电路的阻抗相等,以达到能量传输的最佳效果。
阻抗匹配的基本原理是根据电路的特性和Ohm定律,电路的功率传输最大化是在源电阻和负载电阻的阻抗相等时实现的。
换句话说,当源电阻和负载电阻的阻抗相匹配时,电流和电压可以被完全传递,从而提高系统的效率。
阻抗匹配可以通过几种方式来实现。
其中一种常见的方式是使用一种称为“返阻”的器件,它可以在电路中引入附加的阻抗来调整总体阻抗值。
返阻器件通常是电阻或电容器,在电路中起到帮助调整阻抗的作用。
另一种常见的阻抗匹配方法是使用变压器。
变压器可以通过改变输入和输出电压之间的比例来实现阻抗匹配。
变压器的工作原理是基于电感的性质,通过将电流传递到较高或较低的电压绕组,从而调整阻抗值。
阻抗匹配在电路设计中非常重要。
如果在电路中没有正确的阻抗匹配,将导致不完全的能量传输和信号失真。
因此,在设计电路时,阻抗匹配要被认真考虑,以确保最佳功率传输和系统效率。
总之,阻抗匹配原理通过调整电路内部阻抗值,使其与外部电路的阻抗相等,以最大化功率传输。
这可以通过使用返阻器件
或变压器来实现。
阻抗匹配在电路设计中非常重要,可以确保能量传输的最佳效果和系统的高效性。
运算放大器阻抗匹配
运算放大器阻抗匹配运算放大器(Operational Amplifier)是电子电路中的一种重要的放大电路,它广泛应用于模拟电路和数字电路中。
为了使运算放大器能够正常工作和发挥最佳性能,需要进行阻抗匹配。
阻抗匹配是指将输入和输出电路的阻抗与放大器的内部阻抗相匹配,以确保信号的最大传输和最低失真。
下面是一些与运算放大器阻抗匹配相关的内容:1. 输出阻抗匹配:当运算放大器的输出被连接到其他电路时,为了最大限度地传输信号,需要将输出阻抗与负载电阻相匹配。
如果输出阻抗过高,就会导致信号衰减和失真。
常见的输出阻抗匹配方法有电压跟随器(Voltage Follower)和交流耦合放大器(AC-Coupled Amplifier)。
2. 输入阻抗匹配:为了最大限度地接收输入信号,需要将输入电阻与信号源的输出电阻相匹配。
如果输入电阻过低,就会导致信号源输出电流过大而影响信号传输。
输入阻抗匹配的方法包括电阻分压器(Resistor Divider)和电容耦合放大器(Capacitively Coupled Amplifier)。
3. 负载阻抗匹配:负载阻抗是指连接在运算放大器输出端的负载电阻。
它的选择需要考虑信号源的输出能力和放大器的输出电流。
负载阻抗匹配的原则是要使放大器的输出电流能够最大化地流过负载电阻,以实现最佳的信号传输和失真最小化。
4. 输入偏置电流匹配:运算放大器的输入端通常会有一个微小的输入偏置电流,这是由于放大器内部晶体管的非理想性引起的。
为了最小化输入偏置电流对信号源的影响,需要选择适当的偏置电流匹配电路,例如电流镜电路(current mirror circuit)和偏置网络(bias network)。
5. 高频阻抗匹配:在高频应用中,运算放大器的输入和输出电路的阻抗匹配尤为重要。
高频信号具有较短的波长,容易受到电路的阻抗变化的影响。
因此需要采取措施来调整输入和输出电路的阻抗,例如使用电容器和电感器来实现阻抗匹配,以确保信号的正常传输。
共源、共栅、源跟随器在高频下的输入输出阻抗
共源、共栅、源跟随器(Common Source, Common Gate, Source Follower)是场效应晶体管(FET)的三种基本放大电路,广泛应用于射频电子、通信、无线电频率等领域。
在高频工作条件下,输入输出阻抗的特性对电路性能至关重要。
本文将从输入输出阻抗的概念、共源、共栅、源跟随器的工作原理以及高频特性等方面进行探讨。
1. 输入输出阻抗的概念输入输出阻抗是指电路在特定输入或输出端口的电压与电流之比,通常用来描述电路对外部输入或输出信号的响应特性。
在高频电路中,输入输出阻抗的匹配与稳定对于保证信号传输的准确性和增益稳定性至关重要。
2. 共源放大器的输入输出阻抗共源放大器是一种基本的场效应晶体管放大电路,具有较高的电压增益和较低的输出阻抗。
在高频下,共源放大器的输入阻抗受到场效应晶体管的传输线效应和电容效应的影响,通常需要匹配输入阻抗以提高高频性能。
输出阻抗方面,由于场效应晶体管的漏极-源极电容和漏极-栅极电容的存在,导致输出阻抗在高频条件下增大,降低了信号的传输能力。
3. 共栅放大器的输入输出阻抗共栅放大器是另一种常用的场效应晶体管放大电路,具有较低的输入阻抗和较高的电压增益。
在高频下,共栅放大器的输入阻抗受到栅极-漏极电容的影响,导致输入阻抗降低,同时增大了电路对输入信号源的影响。
输出阻抗方面,由于场效应晶体管的漏极-源极电容和漏极-栅极电容,同样存在输出阻抗增大的问题。
4. 源跟随器的输入输出阻抗源跟随器是一种特殊的场效应晶体管放大电路,具有较低的输入阻抗和较高的输出阻抗。
在高频下,源跟随器的输入阻抗主要受到栅极-漏极电容的影响,通常需要采取相应的措施来降低输入阻抗。
输出阻抗方面,由于源极跟随输入信号的变化,使得输出阻抗随之减小,提高了电路的信号传输能力。
5. 高频条件下的输入输出阻抗匹配在高频工作条件下,输入输出阻抗的匹配对于保证电路性能至关重要。
对于共源、共栅、源跟随器等放大电路,需要通过相应的电容、电感匹配网络来优化输入输出阻抗,同时减小传输线效应和电容效应的影响,提高电路的高频性能。
l型阻抗匹配电路
L型阻抗匹配电路是一种常用的射频电路设计,用于将来自天线或其他输入设备的电流有效地转换为电路中的有效阻抗,从而实现高效的能量传输。
这种匹配电路通常用于无线通信、雷达和微波设备等领域。
首先,让我们了解一下电路中的阻抗。
阻抗是电路中一个重要参数,它表示电流流动的阻力或阻止电流流动的电阻和电容性电导的矢量和。
对于高频信号,电路的阻抗通常是一个复数值,包括电阻(实部)和电感(虚部)。
因此,实现阻抗匹配就是要使得传输线的特性阻抗与负载阻抗在统计上达到一致,使得能量在传输过程中损失最小。
L型阻抗匹配电路主要由一段特性阻抗为Z的传输线(例如同轴电缆)和一个电感L组成。
当信号从天线或其他输入设备流入电路时,首先通过电感,然后通过传输线到达负载。
电感的作用是限制信号的上升时间和下降时间,从而稳定电流波形,防止反射。
接下来,我们来详细分析L型阻抗匹配电路的工作原理。
当信号从天线或其他输入设备流入电路时,由于输入阻抗与传输线的特性阻抗不匹配,信号会在传输线中产生反射。
为了减少反射,我们在传输线和负载之间加入一个电感L。
这个电感L的作用是延迟电流的相位,使得电流在到达负载时具有正确的相位,从而实现阻抗匹配。
此外,L型阻抗匹配电路的设计还涉及到其他因素,如电感的值和位置。
电感的值应该根据负载阻抗和信号频率进行选择,以确保最佳的阻抗匹配效果。
电感的位置则会影响其性能。
如果电感靠近传输线,则可以更快地稳定电流波形,减少反射。
在实际应用中,L型阻抗匹配电路的设计需要考虑到许多因素,如信号频率、负载阻抗、环境温度和湿度等。
因此,需要进行详细的仿真和测试,以确保电路的性能和稳定性。
总之,L型阻抗匹配电路是一种常用的射频电路设计,用于实现高效能量传输。
其工作原理涉及到阻抗匹配、信号稳定和电路优化等关键因素。
在设计过程中,需要考虑电感的值和位置、环境因素等多个方面。
合理设计L型阻抗匹配电路可以提高设备的性能和可靠性,对于无线通信、雷达和微波设备等领域具有重要意义。
阻抗匹配的基础解说
阻抗匹配的基础解说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。
阻抗匹配的原理与概念
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。
右图中R为负载电阻,r为电源E的内阻,E为电压源。
由于r的存在,当R很大时,电路接近开路状态;而当R很少时接近短路状态。
显然负载在开路及短路状态都不能获得最大功率。
根据式:式中分母中的(R-r)的值最小为0,此时负载所获取的功率最大。
所以,当负载电阻等于电源内阻时,负载将获得最大功率。
这就是电子电路阻抗匹配的基本原理。
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。
戴维南端接匹配简易阻抗匹配方法
戴维南端接匹配简易阻抗匹配方法在高速的设计中,阻抗的匹配与否关系到信号的质量优劣。
阻抗匹配的技术可以说是丰富多样,在此只对几种简单常用的端接方法进行介绍。
为什么要进行阻抗匹配呢?无外乎几种原因,如减少反射、控制信号边沿速率、减少信号波动、一些电平信号本身需要等等。
端接阻抗匹配一般有5种方法:1.源端串联匹配,2.终端并联匹配,3.戴维南匹配,4.RC网络匹配,5.二极管匹配。
1.串联端接匹配:一般多在源端使用,Rs(串联电阻)= Z0(传输线的特性阻抗)- R0(源阻抗)。
例如:若R0为22,Z0为55Ω,则Rs应为33Ω。
优点:①器件单一;②抑制振铃,减少过冲;③适用于集总线型负载和单一负载;④增强信号完整性,产生更小EMI。
缺点:①当TTL,CMOS器件出现在相同网络时,串联匹配不是最佳选择;②分布式负载不是适用,因为在走线路径的中间,电压仅是源电压的一般;③接收端的反相反射仍然存在;④影响信号上升时间并增加信号延时。
2.并联端接匹配:此Rt电阻值必须等于传输线所要求的电阻值,电阻的一端接信号,一端接地或电源。
简单的终端并联匹配一般不用于TTL,COMS电路,因为在高逻辑状态时,此方法需要较大的驱动电流。
优点:①器件单一;②适用于分布式负载;③反射几乎可以完全消除;④电阻阻值易于选择。
缺点:①此电阻需要驱动源端的电流驱动,增加系统电路的功耗;②降低噪声容限。
此电阻值必须等于传输线所要求的电阻值。
电阻的一端接信号,一端接地。
简单的终端并联匹配一般不用于TTL,COMS电路,因为他们无法提供强大的输出电流。
3.戴维南端接匹配:一个电阻上拉,一个电阻下拉,通常采用R1/R2 = 220/330的比值。
戴维南等效阻抗必须等于走线的特性阻抗。
对于大多数设计R1>R2,否则TTL/COMS 电路将无法工作。
优点:①适用于分布式负载;②完全吸收发送波,消除反射。
;缺点:①增加系统电路的功耗;②降低噪声容限;③使用两个电阻,增加布局、布线难度;④电阻值不易于选择。
高频电路的阻抗匹配与调谐技术考核试卷
4.高
5. 25 pF
6.选择性,通带平坦性
7.材料特性,几何结构
8.提高电阻,降低电阻
9.带宽
10.反射,损耗
四、判断题
1. ×
2. ×
3. √
4. ×
5. √
6. ×
7. ×
8. ×
9. ×
10. ×
五、主观题(参考)
1.阻抗匹配的目的是为了减少信号反射,提高传输效率,避免信号失真。阻抗不匹配会导致信号反射,增加传输损耗,降低信号质量,甚至造成信号干扰。
17.在阻抗匹配与调谐技术中,以下哪些元件可能用于实现电路的频率选择性?( )
A.电容
B.电感
C.电阻
D.变压器
18.以下哪些情况可能导致谐振电路的谐振频率偏移?( )
A.电感值变化
B.电容值变化
C.环境温度变化
D.电路工作电压变化
19.在实际应用中,以下哪些场合需要考虑高频电路的阻抗匹配与调谐?( )
A.可以用来匹配低阻抗负载
B.可以用来匹配高阻抗负载
C.会降低电路的谐振频率
D.会增加电路的阻抗
13.谐振电路的带宽与以下哪些因素有关?( )
A.品质因数Q
B.谐振频率
C.电感值
D.电容值
14.以下哪些情况下,使用LC网络进行频率调谐是不合适的?( )
A.频率变化范围很宽
B.电路对Q值要求很高
C.电路空间有限
A.无线电发射机
B.无线电接收机
C.天线设计
D.低频信号处理
20.以下哪些方法可以用于调整谐振电路的谐振频率?( )
A.改变电感值
B.改变电容值
C.同时改变电感和电容值
PCB设计中的层叠阻抗匹配技术
PCB设计中的层叠阻抗匹配技术PCB设计中的层叠阻抗匹配技术是一种在多层PCB中实现信号传输时需考虑的重要技术。
在高频信号传输中,为了确保信号在PCB中能够稳定传输且不受干扰,需要进行阻抗匹配以保证信号的传输质量。
层叠PCB通常由内层和外层构成,不同层之间通过介质层隔离。
在设计过程中,我们需要考虑每一层的阻抗匹配,以确保信号在传输过程中不会出现反射、损耗等问题。
层叠阻抗匹配技术主要包括以下几个方面:1. 层间阻抗匹配:在层叠PCB中,内层和外层之间的阻抗匹配是非常关键的。
通过调整不同层之间的介质厚度和介电常数,可以实现目标阻抗值的匹配。
同时,还需要考虑不同层之间的引线长度,以避免信号传输过程中的干扰。
2. 差分信号阻抗匹配:差分信号在高速传输中具有较好的抗干扰性能,但在设计过程中需要确保差分信号对的阻抗匹配。
通过调整差分线的宽度、间距等参数,可以实现差分信号对的阻抗匹配,提高信号传输的质量。
3. 端口阻抗匹配:在PCB设计中,信号源和负载的阻抗匹配也是非常重要的。
通过设计匹配网络或使用阻抗变换器等方法,可以实现信号源和负载的阻抗匹配,减小信号反射和损耗。
在实际的PCB设计中,可采用仿真软件进行阻抗匹配的设计和分析。
通过仿真模拟不同参数的调整,可以找到最佳的阻抗匹配方案,提高PCB设计的成功率。
总的来说,PCB设计中的层叠阻抗匹配技术是实现高速信号传输和抗干扰的关键技术之一。
设计人员需要充分了解不同阻抗匹配技术的原理和方法,灵活运用在实际的项目中,以确保PCB设计的性能和稳定性。
通过不断的实践和优化,可以提高PCB设计的质量和效率,满足不同应用场景的需求。
高速数字电路系统中的阻抗匹配与常用端接方式
高速数字电路系统中的阻抗匹配与常用端接方式为什么要阻抗匹配?在高速数字电路系统中,电路数据传输线上阻抗如果不匹配会引起数据信号反射,造成过冲、下冲和振铃等信号畸变,当然信号沿传输线传播过程当中,如果传输线上各处具有一致的信号传播速度,并且单位长度上的电容也一样,那么信号在传播过程中总是看到完全一致的瞬间阻抗。
由于在整个传输线上阻抗维持恒定不变,我们给出一个特定的名称,来表示特定的传输线的这种特征或者是特性,称之为该传输线的特征阻抗。
特征阻抗是指信号沿传输线传播时,信号感受的瞬间阻抗的值。
特征阻抗主要参数与PCB导线所在的板层、PCB所用的材质(介电常数)、走线宽度、导线与平面的距离等因素有关,与走线长度无关。
特征阻抗可以使用软件计算。
高速PCB布线中,一般把数字信号的走线阻抗设计为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(差分)为100欧姆。
而减小反射的方法是根据传输线的特性阻抗在其发送端串联端接使源阻抗与传输线阻抗匹配或者在接收端并联端接使负载阻抗与传输线阻抗匹配,从而使源反射系数或者负载反射系数为零。
常用的端接方式为:串联端接、简单的并联端接、戴维宁端接、RC网络端接等。
下面我们将分别对这几种端接方式进行分析1、串联端接“串联端接"串联端接在信号源端阻抗低于传输线特征阻抗的条件下,在信号的源端和传输线之间串接一个电阻R,使源端的输出阻抗与传输线的特征阻抗相匹配,抑制从负载端反射回来的信号发生再次反射。
匹配电阻选择原则:匹配电阻值与驱动器的输出阻抗之和等于传输线的特征阻抗。
常见的CMOS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。
链状拓扑结构的信号网路不适合使用串联终端匹配,所有的负载必须接到传输线的末端。
串联匹配是 常用的终端匹配方法。
它的优点是功耗小,不会给驱动器带来额外的直流负载,也不会在信号和地之间引入额外的阻抗,而且只需要一个电阻元件。
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阻抗匹配在高频设计中是一个常用的概念,下面对这个“阻抗匹配”进行解析。
阐述什么是阻抗匹配。
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。
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。
在直流电的世界中,物体对电流阻碍的作用叫做电阻,世界上所有的物质都有电阻,只是电阻值的大小差异而已。
电阻小的物质称作良导体,电阻很大的物质称作非导体,而最近在高科技领域中称的超导体,则是一种电阻值几近于零的东西。
但是在交流电的领域中则除了电阻会阻碍电流以外,电容及电感也会阻碍电流的流动,这种作用就称之为电抗,意即抵抗电流的作用。
电容及电感的电抗分别称作电容抗及电感抗,简称容抗及感抗。
它们的计量单位与电阻一样是奥姆,而其值的大小则和交流电的频率有关系,频率愈高则容抗愈小感抗愈大,频率愈低则容抗愈大而感抗愈小。
此外电容抗和电感抗还有相位角度的问题,具有向量上的关系式,因此才会说:阻抗是电阻与电抗在向量上的和。
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。
一.阻抗匹配的研究在高速的设计中,阻抗的匹配与否关系到信号的质量优劣。
阻抗匹配的技术可以说是丰富多样,但是在具体的系统中怎样才能比较合理的应用,需要衡量多个方面的因素。
例如我们在系统中设计中,很多采用的都是源段的串连匹配。
对于什么情况下需要匹配,采用什么方式的匹配,为什么采用这种方式。
例如:差分的匹配多数采用终端的匹配;时钟采用源段匹配;1、串联终端匹配串联终端匹配的理论出发点是在信号源端阻抗低于传输线特征阻抗的条件下,在信号的源端和传输线之间串接一个电阻R,使源端的输出阻抗与传输线的特征阻抗相匹配,抑制从负载端反射回来的信号发生再次反射.串联终端匹配后的信号传输具有以下特点:A 由于串联匹配电阻的作用,驱动信号传播时以其幅度的50%向负载端传播;B 信号在负载端的反射系数接近+1,因此反射信号的幅度接近原始信号幅度的50%。
C 反射信号与源端传播的信号叠加,使负载端接受到的信号与原始信号的幅度近似相同;D 负载端反射信号向源端传播,到达源端后被匹配电阻吸收;?E 反射信号到达源端后,源端驱动电流降为0,直到下一次信号传输。
相对并联匹配来说,串联匹配不要求信号驱动器具有很大的电流驱动能力。
选择串联终端匹配电阻值的原则很简单,就是要求匹配电阻值与驱动器的输出阻抗之和与传输线的特征阻抗相等。
理想的信号驱动器的输出阻抗为零,实际的驱动器总是有比较小的输出阻抗,而且在信号的电平发生变化时,输出阻抗可能不同。
比如电源电压为+4.5V 的CMOS驱动器,在低电平时典型的输出阻抗为 37Ω,在高电平时典型的输出阻抗为45Ω[4];TTL驱动器和CMOS驱动一样,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。
链状拓扑结构的信号网路不适合使用串联终端匹配,所有的负载必须接到传输线的末端。
否则,接到传输线中间的负载接受到的波形就会象图3.2.5中C点的电压波形一样。
可以看出,有一段时间负载端信号幅度为原始信号幅度的一半。
显然这时候信号处在不定逻辑状态,信号的噪声容限很低。
串联匹配是最常用的终端匹配方法。
它的优点是功耗小,不会给驱动器带来额外的直流负载,也不会在信号和地之间引入额外的阻抗;而且只需要一个电阻元件。
2、并联终端匹配并联终端匹配的理论出发点是在信号源端阻抗很小的情况下,通过增加并联电阻使负载端输入阻抗与传输线的特征阻抗相匹配,达到消除负载端反射的目的。
实现形式分为单电阻和双电阻两种形式。
并联终端匹配后的信号传输具有以下特点:A 驱动信号近似以满幅度沿传输线传播;B 所有的反射都被匹配电阻吸收;C 负载端接受到的信号幅度与源端发送的信号幅度近似相同。
在实际的电路系统中,芯片的输入阻抗很高,因此对单电阻形式来说,负载端的并联电阻值必须与传输线的特征阻抗相近或相等。
假定传输线的特征阻抗为50Ω,则R值为50Ω。
如果信号的高电平为5V,则信号的静态电流将达到100mA。
由于典型的TTL或CMOS 电路的驱动能力很小,这种单电阻的并联匹配方式很少出现在这些电路中。
双电阻形式的并联匹配,也被称作戴维南终端匹配,要求的电流驱动能力比单电阻形式小。
这是因为两电阻的并联值与传输线的特征阻抗相匹配,每个电阻都比传输线的特征阻抗大。
考虑到芯片的驱动能力,两个电阻值的选择必须遵循三个原则:⑴.两电阻的并联值与传输线的特征阻抗相等;⑵.与电源连接的电阻值不能太小,以免信号为低电平时驱动电流过大;⑶.与地连接的电阻值不能太小,以免信号为高电平时驱动电流过大。
并联终端匹配优点是简单易行;显而易见的缺点是会带来直流功耗:单电阻方式的直流功耗与信号的占空比紧密相关?;双电阻方式则无论信号是高电平还是低电平都有直流功耗。
因而不适用于电池供电系统等对功耗要求高的系统。
另外,单电阻方式由于驱动能力问题在一般的TTL、CMOS系统中没有应用,而双电阻方式需要两个元件,这就对PCB的板面积提出了要求,因此不适合用于高密度印刷电路板。
当然还有:AC终端匹配;基于二极管的电压钳位等匹配方式。
二 .将讯号的传输看成软管送水浇花2.1 数位系统之多层板讯号线(Signal Line)中,当出现方波讯号的传输时,可将之假想成为软管(hose)送水浇花。
一端于手握处加压使其射出水柱,另一端接在水龙头。
当握管处所施压的力道恰好,而让水柱的射程正确洒落在目标区时,则施与受两者皆欢而顺利完成使命,岂非一种得心应手的小小成就?2.2 然而一旦用力过度水注射程太远,不但腾空越过目标浪费水资源,甚至还可能因强力水压无处宣泄,以致往来源反弹造成软管自龙头上的挣脱!不仅任务失败横生挫折,而且还大捅纰漏满脸豆花呢!2.3 反之,当握处之挤压不足以致射程太近者,则照样得不到想要的结果。
过犹不及皆非所欲,唯有恰到好处才能正中下怀皆大欢喜。
2.4 上述简单的生活细节,正可用以说明方波(Square Wave)讯号(Signal)在多层板传输线(Transmission Line,系由讯号线、介质层、及接地层三者所共同组成)中所进行的快速传送。
此时可将传输线(常见者有同轴电缆Coaxial Cable,与微带线Microstrip Line或带线Strip Line等)看成软管,而握管处所施加的压力,就好比板面上“接受端”(Receiver)元件所并联到Gnd的电阻器一般,可用以调节其终点的特性阻抗(Characteristic Impedance),使匹配接受端元件内部的需求。
三. 传输线之终端控管技术(Termination)3.1 由上可知当“讯号”在传输线中飞驰旅行而到达终点,欲进入接受元件(如CPU或Meomery等大小不同的IC)中工作时,则该讯号线本身所具备的“特性阻抗”,必须要与终端元件内部的电子阻抗相互匹配才行,如此才不致任务失败白忙一场。
用术语说就是正确执行指令,减少杂讯干扰,避免错误动作”。
一旦彼此未能匹配时,则必将会有少许能量回头朝向“发送端”反弹,进而形成反射杂讯(Noise)的烦恼。
3.2 当传输线本身的特性阻抗(Z0)被设计者订定为28ohm时,则终端控管的接地的电阻器(Zt)也必须是28ohm,如此才能协助传输线对Z0的保持,使整体得以稳定在28 ohm 的设计数值。
也唯有在此种Z0=Zt的匹配情形下,讯号的传输才会最具效率,其“讯号完整性”(Signal Integrity,为讯号品质之专用术语)也才最好。
四.特性阻抗(Characteristic Impedance)4.1 当某讯号方波,在传输线组合体的讯号线中,以高准位(High Level)的正压讯号向前推进时,则距其最近的参考层(如接地层)中,理论上必有被该电场所感应出来的负压讯号伴随前行(等于正压讯号反向的回归路径 Return Path),如此将可完成整体性的回路(Loop)系统。
该“讯号”前行中若将其飞行时间暂短加以冻结,即可想象其所遭受到来自讯号线、介质层与参考层等所共同呈现的瞬间阻抗值(Instantanious Impedance),此即所谓的“特性阻抗”。
是故该“特性阻抗”应与讯号线之线宽(w)、线厚(t)、介质厚度(h)与介质常数(Dk)都扯上了关系。
4.2 阻抗匹配不良的后果 由于高频讯号的“特性阻抗”(Z0)原词甚长,故一般均简称之为“阻抗”。
读者千万要小心,此与低频AC交流电(60Hz)其电线(并非传输线)中,所出现的阻抗值(Z)并不完全相同。