简易阻抗匹配方法.
数字电路阻抗匹配
数字电路阻抗匹配数字电路中，阻抗匹配是一种重要的技术，用于确保信号在电路之间的传输过程中能够有效地匹配和传递。
阻抗不匹配可能导致信号反射、功耗增加、信号失真等问题。
本文将介绍数字电路阻抗匹配的基本概念、原理和常用方法。
一、阻抗匹配的基本概念在数字电路中，信号通常以电压的形式传输。
电路中的每个元件都有一个特定的阻抗，用来描述该元件对信号的阻碍程度。
阻抗匹配的目标是使信号源的输出阻抗与负载的输入阻抗相匹配，以最大限度地传输信号而不引起反射。
阻抗匹配可以通过改变电路的特性或添加合适的元件来实现。
二、阻抗匹配的原理阻抗匹配的原理基于传输线理论和阻抗转换的概念。
传输线理论描述了信号在传输线上的传播特性，而阻抗转换则指的是将一个阻抗转换为另一个阻抗的过程。
在数字电路中，常用的传输线是微带线、同轴电缆和双绞线。
阻抗匹配的原理可以简单地描述为以下几个步骤：1. 确定信号源的输出阻抗和负载的输入阻抗。
2. 计算阻抗不匹配的程度，即源阻抗和负载阻抗之间的差异。
3. 根据阻抗不匹配的程度选择合适的阻抗匹配方法。
4. 实施阻抗匹配，通常通过添加合适的元件或改变电路拓扑结构来完成。
三、常用的阻抗匹配方法1. 并联电阻法：在信号源和负载之间并联一个电阻，使得总阻抗与负载阻抗相匹配。
这种方法简单直接，适用于小功率的阻抗匹配。
2. 串联电阻法：在信号源和负载之间串联一个电阻，使得总阻抗与负载阻抗相匹配。
串联电阻法可以通过改变串联电阻的阻值来实现不同程度的阻抗匹配。
3. 阻抗转换器法：使用阻抗转换器将信号源的输出阻抗转换为与负载阻抗相匹配的阻抗。
阻抗转换器可以是变压器、运放电路或其他特定的电路元件。
4. 反射系数补偿法：通过引入反射系数补偿电路来减小信号反射。
这种方法可以通过添加补偿电路或改变传输线的特性来实现。
5. Smith 图阻抗匹配法：使用Smith 图进行阻抗匹配，通过在Smith 图上选择合适的阻抗变换点来实现匹配。
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。
最全的阻抗匹配方案
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。
阻抗匹配
d 0.164
l (0.36 0.25) 0.11
~ Y2 j1.2
传输线的阻抗匹配
当传输系统满足： Rg RL Z0 时，可同时实现共 轭匹配和无反射匹配。 二、阻抗匹配方法
阻抗匹配的方法就是在传输线与负载之间加入一阻抗匹配网络。 匹配原理是通过匹配网络引入一个新的反射波来抵消原来的反射 波。
=0 Zin=Z0
阻抗 匹配 网络
ZL Z0
Z0
采用阻抗变换器和分支匹配器作为匹配网络是两种最基本的方法。
短(开)路点 容(感)性平面
电压波腹(节)线 电压波节(腹)线
~ ~ Z z 和 Y z 位于同一等反射系数圆上,相
位相差1800
例题分析
~ • 例1. 一短路支节, 长为0.11, 求 Yin
答案:
~ Yin j1.2
例2:已知Zin=(20-j40), Z0=50,l=0.11,求YL
Z’
C
r=0.8 =3
min lmax
0
A
B: C:
电压波腹点 电压波节点
~ R 3
~ Z L 0.6 j0.8
0. 375
lmin/
等 圆
圆图应用举例
• 例2: 均匀无耗长线特性阻抗Z0= 50, 测得驻波比=2,
离负载第一电压波节点的距离min=15mm, 相邻两波节点 间的距离为50mm,试计算负载阻抗ZL.
阻抗圆图和导纳圆图上
参量的对应关系
阻抗圆图 导纳圆图
1 1 u z 1 i z ~ ~ ~ Y z ~ G jB Z z 1 z 1 z
~ R ~ X
输电线路的阻抗匹配方法
输电线路的阻抗匹配方法随着电力行业的快速发展，输电线路的运行效率和稳定性成为了电力工程师们所关注的重点。
而阻抗匹配方法作为一种重要的技术手段，能够有效提高输电线路的负载能力和抗干扰性能，是实现电力输送的关键之一。
阻抗匹配是指在电力输送过程中，通过调整输电线路的电流和电压阻抗的匹配关系，使得电流和电压波动尽量小，以达到提高传输效率的目的。
下面将介绍几种常用的阻抗匹配方法。
一、长度阻抗匹配法长度阻抗匹配法是指通过调整输电线路的长度来实现阻抗匹配。
根据电力传输的特点，阻抗与线路长度成正比。
因此，当输电线路的长度增加时，其阻抗也会相应增加。
通过合理调整线路的长度，可以使得输电线路的阻抗与电源负载的阻抗匹配，从而减少传输时的反射波。
二、幅值阻抗匹配法幅值阻抗匹配法是通过调节输电线路的幅值来实现阻抗匹配。
根据电力传输的基本原理，当线路的幅值与负载的幅值相等时，可以使得阻抗匹配得到优化。
为达到这一目的，工程师可以通过调节线路的电感或电容来改变线路的幅值，从而实现阻抗的匹配。
三、相位阻抗匹配法相位阻抗匹配法是通过调节输电线路的相位来实现阻抗匹配。
根据电力传输的相角关系，当电源负载的相位与线路的相位相等时，可以实现阻抗的匹配。
为了调节线路的相位，工程师可以采用串联电感或并联电容的方式，从而使得输电线路的相位与负载相位相等，实现阻抗的匹配。
四、频率阻抗匹配法频率阻抗匹配法是通过调节输电线路的频率来实现阻抗匹配。
电力传输中，电源和负载的频率可能存在差异，如果两者的频率不匹配，将会导致能量的损失和传输效率的降低。
因此，通过调整输电线路的频率，使其与电源负载的频率匹配，可以最大限度地减少能量损失，提高传输效率。
综上所述，阻抗匹配方法是电力输送中的一项重要技术。
通过合理的调节线路的长度、幅值、相位和频率，可以实现输电线路的阻抗与电源负载的阻抗匹配，从而提高电力输送的效率和可靠性。
在电力工程中，工程师们需要根据具体情况选择合适的阻抗匹配方法，并结合实际情况进行优化设计，以确保电力传输的顺利进行。
阻抗匹配计算公式 zhihu
阻抗匹配计算公式 zhihu
阻抗匹配是指将两个电路或者电器的阻抗设为相等或符合某种条件的情况，从而实现功率传输的最大化或者信号传输的最佳化。
阻抗匹配的公式可以通过以下方式计算：
1. 平行连接的阻抗：
- 两个阻抗为 Z1 和 Z2 的电路平行连接时，其等效阻抗为 Z
= (Z1 * Z2) / (Z1 + Z2)
2. 串联连接的阻抗：
- 两个阻抗为 Z1 和 Z2 的电路串联连接时，其等效阻抗为 Z
= Z1 + Z2
3. 理想变压器阻抗匹配：
- 理想变压器的阻抗匹配要求负载阻抗等于源阻抗的共轭值，即 Zl = Zs*
4. LC阻抗匹配：
- 使用L和C元件来实现阻抗匹配时，可通过以下公式计算
电感L和电容C的取值：L = Zs / (2 * π * fs) 和 C = 1 / (Zs * 2
* π * fs)，其中 Zs是源阻抗，fs是希望匹配的频率。
5. L型匹配网络阻抗匹配：
- L型匹配网络由一个串联电感和平行电容组成，其阻抗匹
配公式为：Z1 / Zs = (1 - α) / s。
其中 Z1是串联电感的阻抗，
Zs是源阻抗，α是一个从0到1的比例系数，s是一个正比例
系数。
请注意，以上公式仅为阻抗匹配的一部分，并不能适用于所有情况。
具体的阻抗匹配方法和公式还需要根据具体的电路和应用场景进行选择和计算。
阻抗匹配
• 支节调配器：是由距离负载的某位置上的并联或串联终端短路或开
路的传输线（又称支节）构成的。支节数可以是一条、两条、三条或更多。 讨论 (1)单支节调配器、(2)双支节调配器、(3)三支节调配器。
l
ZL
三、阻抗匹配的方法——并联支节调配器法
但Zg和Zl一般为复阻抗，无耗传输线Z0为纯阻抗，很难同时满足匹配
为实现匹配一般在信号源和终端负载处分别加始端和终端匹配装置 （一）信号源端的阻抗匹配 一般采用去耦衰减器或隔离器以实现信号源端匹配（吸收反射波）
前者使被信号源再反射的二次反射波由于两次通过衰减器，已微不足道。 但也会消耗输往负载的入射功率，不适合大功率微波源。 后者是一个非互易器件，只允许入射波通过而吸收掉反射波，即保证了功 率的有效传输，又可消除信号源的内反射，构成匹配源
(1) 归一化负载阻抗 zL=ZL/Z0=2+j4 对应A点，电长度为：0.218 (2) 找波腹点B或波节点C 可读得ρ 11 (3) 求所接λ /4传输线的Z01
( Z 01 ) R
m ax
ZC
Z01
Zin = =>
ZC
λ /4
d
Z 0 R m ax
Z0 Z0 Z0
249
传输线功率容量最大。 o 阻抗失配时传输大功率信号易导致击穿； 信号源可能被破坏。 行波状态时信号源工作稳定 o 避免频率牵引和输出功率变化 o 匹配源的输出功率是固定不变的
三、阻抗匹配的方法
阻抗匹配：ZL＝Z0、Zg＝Z0、 Zin＝Z0* 只有当Zg＝ZL＝ZC都为纯电阻时，才能同时实现匹配。
常见的阻抗匹配方式
常见的阻抗匹配方式1、串联终端匹配在信号源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，只能这种考虑。
链状拓扑结构的信号王不适合使用串联终端匹配，所有负责必须接到传输线的末端。
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。
常见应用：一般的CMOS、TTL电路的阻抗匹配。
USB信号也采样这种方法做阻抗匹配。
2、并联终端匹配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。
匹配电阻选择原则：在芯片的输入阻抗很高的情况下，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;对双电阻形式来说，每个并联电阻值为传输线特征阻抗的两倍。
并联终端匹配优点是简单易行，而易见的缺点是会带来直流损耗：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，但电流比单电阻方式少一半。
常见应用：以高速信号应用较多（1） DDR、DDR2等SSTL驱动器。
采用单电阻形式，并联到VTT（一般为IOVDD的一半）。
其中DDR2数据信号的并联匹配电阻使内置在芯片中的。
（2）TMDS等高速串行数据接口。
采用单电阻形式，在接受设备端并联到IOVDD，单端阻抗为50欧姆（差分对间为100欧姆）。
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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。
4. RC 网络匹配:
电阻与电容相连,电阻另一端接信号,电容另一端接地。
电阻应等于走线特性阻抗,容值通常较小 (20pF-600pF 。
对差分信号只需三个原件,两个电阻加一个电容。
优点:①适用于分布式及总线型负载;
②完全吸收发送波,消除反射;
③具有很低的直流功率损耗。
缺点:①会降低高速信号的速率,增加信号延时;
② RC 电路的时间常数会导致电路中存在反射;
③对于高频、高速短路要慎用;
④使用两个器件,增加布局、布线难度。
5. 二极管端接匹配:
此端接常用于差分或成对网络,二极管常用于限制走线过程的过冲。
优点:①预防输入端的过冲。
缺点:①不能减少反射。