传输线与阻抗匹配
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。
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
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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。
阻抗匹配及应用设计实战
阻抗匹配及应用设计实战阻抗匹配是指在电路中通过调整电路元件的参数，使得电路的输入阻抗与输出阻抗相等或接近相等的一种技术。
阻抗匹配的目的是为了最大限度地传输信号能量，减小信号的反射和损耗，提高电路的性能。
阻抗匹配的应用非常广泛，下面将介绍几个常见的应用场景和设计实战。
1. 信号传输线阻抗匹配在高频信号传输中，信号传输线的阻抗匹配非常重要。
如果信号源的输出阻抗与传输线的特性阻抗不匹配，会导致信号的反射和损耗，影响信号的传输质量。
因此，在设计高频信号传输线时，需要根据传输线的特性阻抗选择合适的信号源输出阻抗，或者通过添加匹配电路来实现阻抗匹配。
2. 射频功率放大器的输入输出阻抗匹配在射频功率放大器设计中，输入输出阻抗匹配是非常重要的。
输入阻抗匹配可以提高信号源的能量传输效率，输出阻抗匹配可以提高功率放大器的输出功率和效率。
通常使用匹配网络来实现阻抗匹配，如L型匹配网络、π型匹配网络等。
3. 天线阻抗匹配天线是无线通信系统中非常重要的组成部分，天线的阻抗匹配直接影响无线信号的传输效果。
在设计天线时，需要根据天线的特性阻抗选择合适的驱动电路输出阻抗，并通过调整天线的结构参数来实现阻抗匹配。
阻抗匹配可以提高天线的辐射效率，减小信号的反射和损耗。
4. 音频放大器的输入输出阻抗匹配在音频放大器设计中，输入输出阻抗匹配对于提高音频信号的传输质量非常重要。
输入阻抗匹配可以提高音频信号源的能量传输效率，输出阻抗匹配可以提高音频放大器的输出功率和效率。
通常使用匹配网络来实现阻抗匹配，如L型匹配网络、π型匹配网络等。
5. 传感器与信号处理电路的阻抗匹配在传感器与信号处理电路之间的连接中，阻抗匹配可以提高信号的传输质量和减小信号的损耗。
传感器的输出阻抗与信号处理电路的输入阻抗匹配可以提高信号的传输效率，减小信号的失真和噪声。
通常使用阻抗转换电路来实现阻抗匹配，如差分放大器、阻抗转换器等。
在实际的阻抗匹配设计中，需要根据具体的应用场景和要求选择合适的匹配电路和参数。
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。
仿真无耗传输线阻抗匹配状态下的s参数
仿真无耗传输线阻抗匹配状态下的s参数引言仿真无耗传输线阻抗匹配状态下的s参数是通信领域中一个重要的概念。
在现代通信系统中，为了实现高效的能量传输和最优的信号传输，需要保证发射器和接收器之间的传输线阻抗匹配。
本文将介绍仿真无耗传输线阻抗匹配状态下的s参数的概念、计算方法以及应用案例。
1.仿真无耗传输线阻抗匹配概述在通信系统中，信号的传输需要通过传输线来完成。
而传输线的阻抗与信号源和负载的阻抗不匹配会导致反射和信号功率损失。
为了最大程度地减小信号功率损失，需要实现发射器和接收器之间的传输线阻抗匹配。
传输线的特性可以通过s参数来描述。
s参数是用于描述线性电路的一种矩阵表示方法，表示传输线在某个频率下的电压-电流关系。
对于仿真无耗传输线阻抗匹配状态下的s参数，其特点是传输线的阻抗与发射器和接收器的阻抗完全匹配，即传输线上的反射系数为零。
2.仿真无耗传输线阻抗匹配的计算方法仿真无耗传输线阻抗匹配状态下的s参数可以通过以下步骤来计算：步骤1：确定传输线的特性阻抗（Ch ar ac t er is ti cI mp ed anc e），记为Z0。
步骤2：确定发射器和接收器的阻抗，记为Z s和ZL。
步骤3：根据传输线的特性阻抗和发射器、接收器的阻抗，计算传输线的传输矩阵参数。
步骤4：根据传输矩阵参数，计算仿真无耗传输线阻抗匹配状态下的s参数。
具体的计算公式和示例可以参考通信系统仿真软件，如A D S、C ST等。
3.仿真无耗传输线阻抗匹配的应用案例仿真无耗传输线阻抗匹配状态下的s参数在通信系统中具有重要的应用价值。
以下是一些常见的应用案例：案例1：高速数据传输在高速数据传输系统中，为了保证数据的可靠性和传输速度，需要实现发射器和接收器之间的传输线阻抗匹配。
通过仿真无耗传输线阻抗匹配状态下的s参数计算，可以帮助工程师优化传输线的设计，实现高效的数据传输。
案例2：射频电路设计在射频电路设计中，为了最大程度地减小信号功率损失和反射，需要实现发射器和负载之间的传输线阻抗匹配。
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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。
常见的阻抗匹配方式
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。
图4 并联终端匹配
常见的阻抗匹配方式
1、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。 2、电阻RT的值必须同传输线的特征阻抗Z0匹配。 3、常见应用：以高速信号应用较多 （1）DDR等SSTL驱动器。采用单电阻形式。 （2）TMDS等高速串行数据接口。采用单电阻形式，单端阻抗为 50 欧姆（差分 对间为 100 欧姆）。
常见的阻抗匹配方式
• 串联终端匹配
串联终端匹配：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。
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 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。 4、常见应用：一般的 CMOS、TTL电路、USB信号等电路。
• 阻抗的定义
阻抗定义
• 阻抗定义：在具有电阻、电感和电容的电路里，对电流所起的阻碍作用叫做阻 抗.
• 当信号的边沿很陡的时候，信号本身所包含的有效频率远远高出信号工作频率 ，对于1ns的上升信号沿，所包含的有效频率带宽达到400M左右，而这样的信 号在传输线上传输时，信号的传播类似于场的形式传播，而不是电压与电流。
常见传输线类型
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
常见传输线类型
一、单端传输线
单端传输线是连接两个设备的最为常见的方法。一条导线连接了 一个 设备的源和另一个设备的负载， 参考（接地）层提供了信号回 路。
常见的阻抗匹配方式
• 阻抗匹配方式
• 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。下面介绍几种常见匹配方式。
串联终端匹配 并联终端匹配 戴维南终端匹配 AC 终端匹配 肖特基二极管终端匹配技术
常见传输线类型
二、差分传输线
在差分模式中，传输线路是成对布放的，两条线路上传输的信号 电压、电流值相等，但相位（极性）相反。
常见传输线类型
三、微带线
它由一根带状导线与地平面构成，中间是电介质。如果电介质的介 电常 数、线的宽度、及其与地平面的距离是可控的，则它的特性阻抗也是可控的 ，其精确度将在5％之内。 微带线的特性阻抗Z0为：
• 阻抗的定义
阻抗定义
1、导线流过电流时，周围会产生高频磁场，因而沿导线各点会存在串联分布电感L； 2、 两导线间加上电压时，线间会存在高频电场，于是线间会产生并联分布电容C； 3、电导率有限的导线流过电流时会发热，而且高频时由于趋肤效应，电阻会加大，即 表明导线有分布电阻R； 4、导线间介质非理想时有漏电流，这就意味着导线间有分布电导G。
阻抗定义
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。
图2 阻抗计算
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。
• 阻抗不匹配会有什么不良后果？
• 在高速的设计中，阻抗的匹配与否关系到信号的质量好坏，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。
常见传输线类型
四、带状线
带状线就是一条置于两层导电平面之间的电介质中间的铜带。如果线 的 厚度和宽度，介质的介电常数，以及两层接地平面的 距离都是可控的，则 线的特性阻抗也是可控的，且精度在10%之内。 理论上，带状线的特性阻抗为：
FFC线印字端贴导 电布
贴导电布处阻 抗变为75.14 欧，已低于误 差范围