阻抗匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配.doc

1、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。史密夫图表上。电容或电

2、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。 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

3、，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。 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

4、50，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。 2007 年 08 月 31 日 星期五 上午 10:40 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

5、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。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

6、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。 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

7、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。 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 50，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

8、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

9、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

10、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 zkng 英 文 名 称 ： impedance 编 辑 本 段 阻 抗 定 义 在 直 流 电 中 ， 物 体 对 电 流 阻 碍 的 作 用 叫 做 电 阻 ， 世 界 上 所 有 的 物

11、质 都 有 电 阻 ， 只 是 电 阻 值 的 大 小 差 异 而 已 。 电 阻 很 小 的 物 质 称 作 良 导 体 ， 如 金 属 等 ； 电 阻 极 大 的 物 质 称 作 绝 缘 体 ， 如 木 头 和 塑 料 等 。 还 有 一 种 介 于 两 者 之 间 的 导 体 叫 做 半 导 体 ， 而 超 导 体 则 是 一 种 电 阻 值 等 于 零 的 物 质 。 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

12、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 欧 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 。 对 于 一 个 具

13、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 。 在 音 响 器 材 中 ， 扩 音 机 与 喇 叭 的 阻 抗 多 设 计 为 8 欧 姆 ， 因 为 在 这 个 阻 抗 值 下 ， 机 器 有 最 佳 的 工 作 状 态 。 其 实 喇 叭 的

14、阻 抗 是 随 着 频 率 高 低 的 不 同 而 变 动 的 ， 喇 叭 规 格 中 所 标 示 的 通 常 是 一 个 大 略 的 平 均 值 ， 现 在 市 面 上 的 产 品 大 都 是 四 欧 姆 、 六 欧 姆 或 八 欧 姆 。 编 辑 本 段 耳 机 阻 抗 耳 机 的 阻 抗 是 其 交 流 阻 抗 的 简 称 ， 单 位 为 欧 姆 ()。 一 般 来 说 ， 阻 抗 越 小 ， 耳 机 就 越 容 易 出 声 、 阻 抗 耳 机 越 容 易 驱 动 。 耳 机 的 阻 抗 是 随 其 所 重 放 的 音 频 信 号 的 频 率 而 改 变 的 ， 一 般 耳 机 阻 抗

15、在 低 频 最 大 ， 因 此 对 低 频 的 衰 减 要 大 于 高 频 的 ； 对 大 多 数 耳 机 而 言 ， 增 大 输 出 阻 抗 会 使 声 音 更 暗 更 混 (此 时 功 放 对 耳 机 驱 动 单 元 的 控 制 也 会 变 弱 )， 但 某 些 耳 机 却 需 要 在 高 阻 抗 下 才 更 好 听 。 如 果 耳 机 声 音 尖 锐 刺 耳 ， 可 以 考 虑 增 大 耳 机 插 孔 的 有 效 输 出 阻 抗 ； 如 果 耳 机 声 音 暗 淡 浑 浊 ， 并 且 是 通 过 功 率 放 大 器 驱 动 的 ， 则 可 以 考 虑 减 小 有 效 输 出 电 阻 。

16、不 同 阻 抗 的 耳 机 主 要 用 于 不 同 的 场 合 ， 在 台 式 机 或 功 放 、 VCD、 DVD、 电 视 等 设 备 上 ， 常 用 到 的 是 高 阻 抗 耳 机 ， 有 些 专 业 耳 机 阻 抗 甚 至 会 在 200 欧 姆 以 上 ， 这 是 为 了 与 专 业 机 上 的 耳 机 插 口 匹 配 ， 此 时 如 果 使 用 低 阻 抗 耳 机 ， 一 定 先 要 把 音 量 调 低 再 插 上 耳 机 ， 再 一 点 点 把 音 量 调 上 去 ， 防 止 耳 机 过 载 将 耳 机 烧 坏 或 是 音 圈 变 形 错 位 造 成 破 音 。 而 对 于 各

17、种 便 携 式 随 身 听 ， 例 如 CD、 MD 或 MP3， 一 般 会 使 用 低 阻 抗 耳 机 (通 常 都 在 50 欧 姆 以 下 )， 这 是 因 为 这 些 低 阻 抗 耳 机 比 较 容 易 驱 动 ， 同 时 还 要 注 意 灵 敏 度 要 高 ， 对 随 身 听 、 MP3 来 说 灵 敏 度 指 标 更 加 重 要 。 当 然 ， 阻 抗 越 高 的 耳 机 搭 配 输 出 功 率 大 的 音 源 时 声 音 效 果 更 好 。 编 辑 本 段 阻 抗 匹 配 什 么 是 阻 抗 匹 配 以 及 为 什 么 要 阻 抗 匹 配 阻 抗 匹 配 在 高 频 设 计 中

18、 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-ci

19、rcuit 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

20、 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

21、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 50， 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

22、,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

23、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

24、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

25、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

26、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

27、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

28、 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

29、 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 5 0 。 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

30、 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

31、 输 出 阻 抗 为 37， 在 高 电 平 时 典 型 的 输 出 阻 抗 为 454； 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

32、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

33、 并 联 终 端 匹 配 的 理 论 出 发 点 是 在 信 号 源 端 阻 抗 很 大 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

34、 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 50， 则 R 值 为 50。 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

35、 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 ： 两 电 阻 的 并 联 值 与 传 输 线 的 特 征 阻 抗 相 等 ； 与 电 源 连 接 的 电 阻 值 不 能 太

36、 小 ， 以 免 信 号 为 低 电 平 时 驱 动 电 流 过 大 ； 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

37、 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

38、 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

39、 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 （ Transm

40、ission 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 （ Character

41、istic 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 C PU 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

42、。 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

43、 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 ，

44、 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 （ Inst antanious Impedance） ， 此 即 所 谓 的 “特 性 阻 抗 ”。 是 故 该 “特 性

45、 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 。 数 位 系 统 当 整 条 传 输 线 的 Z0 都 能 管 理

46、妥 善 ， 而 控 制 在 某 一 范 围 内 （ 10或 5） 者 ， 此 品 质 良 好 的 传 输 线 ， 将 可 使 得 杂 讯 减 少 ， 而 误 动 作 也 可 避 免 。 但 当 上 述 微 带 线 中 Z0 的 四 种 变 数 （ w、 t、 h、 r ） 有 任 一 项 发 生 异 常 ， 例 如 讯 号 线 出 现 缺 口 时 ， 将 使 得 原 来 的 Z0 突 然 上 升 （ 见 上 述 公 式 中 之 Z0 与 W 成 反 比 的 事 实 ） ， 而 无 法 继 续 维 持 应 有 的 稳 定 均 匀 （ Continuous ） 时 ， 则 其 讯 号 的 能 量

47、必 然 会 发 生 部 分 前 进 ， 而 部 分 却 反 弹 反 射 的 缺 失 。 如 此 将 无 法 避 免 杂 讯 及 误 动 作 了 。 例 如 浇 花 的 软 管 突 然 被 踩 住 ， 造 成 软 管 两 端 都 出 现 异 常 ， 正 好 可 说 明 上 述 特 性 阻 抗 匹 配 不 良 的 问 题 。 4.3 阻 抗 匹 配 不 良 造 成 杂 讯 。 上 述 部 分 讯 号 能 量 的 反 弹 ， 将 造 成 原 来 良 好 品 质 的 方 波 讯 号 ， 立 即 出 现 异 常 的 变 形 （ 即 发 生 高 准 位 向 上 的 Overshoot， 与 低 准 位 向

48、 下 的 Undershoot， 以 及 二 者 后 续 的 Ringing） 。 此 等 高 频 杂 讯 严 重 时 还 会 引 发 误 动 作 ， 而 且 当 时 脉 速 度 愈 快 时 杂 讯 愈 多 也 愈 容 易 出 错 。 那 么 是 否 什 么 时 候 都 要 考 虑 阻 抗 匹 配 ？ 在 普 通 的 宽 频 带 放 大 器 中 ， 因 为 输 出 阻 抗 为 50， 所 以 需 要 考 虑 在 功 率 传 输 电 路 中 进 行 阻 抗 匹 配 。 但 是 ， 实 际 上 当 电 缆 的 长 度 对 于 信 号 的 波 长 来 说 可 以 忽 略 不 计 时 ， 就 勿 需

49、阻 抗 匹 配 的 。 考 虑 信 号 频 率 为 1MHz， 其 波 长 在 空 气 中 为 300m， 在 同 轴 电 缆 中 约 为 200m。 在 通 常 使 用 的 长 度 为 1m 左 右 的 同 轴 电 缆 中 ， 是 在 完 全 可 忽 略 的 范 围 之 内 。 编 辑 本 段 输 入 输 出 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 。 电 机 转 子 交 流 阻 抗 测 试 仪 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