浅谈高频电路阻抗匹配问题

什么是抗阻匹配

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。

为什么要抗阻匹配

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。

如果阻抗不匹配会有什么不良后果呢？

答案是：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。

一种形象的解释：将信号传输看出软管浇花，一端被加压使其射出水柱，另一端接在水龙头，一旦加压过度（即传输线特征电阻比匹配），因为强力水压无处宣泄，就往来源反弹造成软管自水龙头上的挣脱，后果可想而知。

高频电路的抗阻匹配

1、匹配方式：

常用的有串联匹配和并联匹配。串联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再次反射。

2、取值问题：

选择串联匹配电阻值的原则很简单：要求匹配电阻与驱动输出器的阻抗之和和传输线的特征阻抗相等。并联匹配：电路系统中芯片的输入阻抗很高，所以并联电阻的电阻值必须与传输线特征阻抗相等或相近，且一般采用双电阻形式。

常见的有22的或是33的，这是因为在射频领域，传输线通常是 50 Ohm 的，所以 33 Ohm 这个值比较合适，数字电路走线阻抗通常都在 75 - 100 Ohm 左右，这个电阻还可以大一些。

3、位置问题：

匹配电阻不光有取值的问题，更重要是位置的问题。如果是串联匹配，要靠近源

如果是并联匹配，要靠近负载。我们知道几乎所有器件都是低阻抗输出高祖抗输入，所以一般而言串连匹配电阻是在源端匹配，并联匹配是对终端的。一般总线都是采用源端匹配。

抗阻匹配方法介绍

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。

并联端接

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，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，但电流比单电阻方式少一半。

戴维宁端接

上拉端接会拉高低电平，下拉端接会降低高电平，这两种端接方式虽然都可以抑制过冲和振铃，但同时也会减小信号裕量，如果使用不当还会造成信号电平的误触发。戴维南端接方式既可以抑制过冲，又没有这些缺陷。

肖特基端接

又叫二极管并联端接，通常应用在器件内部。现在很多器件自带有输入保护二极管，该端接能有效减小信号过冲和下冲，但并不能消除反射;同时二极管的开关速度会限制响应时间，所以较高速系统不合适。

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。