阻抗匹配的方法与应用举例-电子发烧友网

什么是阻抗

在电学中，常把对电路中电流所起的阻碍作用叫做阻抗。阻抗单位为欧姆，常用Z表示，是一个复数：

Z= R+i( ωL–1/(ωC))

具体说来阻抗可分为两个部分，电阻(实部)和电抗(虚部)。

其中电抗又包括容抗和感抗，由电容引起的电流阻碍称为容抗，由电感引起的电流阻碍称为感抗。

阻抗匹配的理想模型

射频工程师大都遇到过匹配阻抗的问题，通俗的讲，阻抗匹配的目的是确保能实现信号或能量从“信号源”到“负载”的有效传送。

其最最理想模型当然是希望Source端的输出阻抗为50欧姆，传输线的阻抗为50欧姆，Load端的输入阻抗也是50欧姆，一路50欧姆下去，这是最理想的。

然而实际情况是：源端阻抗不会是50ohm，负载端阻抗也不会是50ohm，这个时候就需要若干个阻抗匹配电路。

而匹配电路就是由电感和电容所构成，这个时候我们就需要使用电容和电感来进行阻抗匹配电路调试，以达到RF性能最优。

阻抗匹配的方法

阻抗匹配的方法主要有两个，一是改变阻抗力，二是调整传输线。

改变阻抗力就是通过电容、电感与负载的串并联调整负载阻抗值，以达到源和负载阻抗匹配。

调整传输线是加长源和负载间的距离，配合电容和电感把阻抗力调整为零。相关文章：认识传输线的三个特性，特性阻抗、反射、阻抗匹配。

此时信号不会发生发射，能量都能被负载吸收。

高速PCB布线中，一般把数字信号的走线阻抗设计为50欧姆。一般规定同轴电缆基带50欧姆，频带75欧姆，对绞线(差分)为85-100欧姆。

阻抗匹配应用举例——振铃现象

曾经做一个项目，在电信号测量时，遇到过振铃这种问题，。

由于任何传输线都不可避免地存在着引线电阻、引线电感和杂散电容，因此，一个标准的脉冲信号在经过较长的传输线后，极易产生上冲和振铃现象。大量的实验表明，引线电阻可使脉冲的平均振幅减小;而杂散电容和引线电感的存在，则是产生上冲和振铃的根本原因。在脉冲前沿上升时间相同的条件下，引线电感越大，上冲及振铃现象就越严重;杂散电容越大，则是波形的上升时间越长;而引线电阻的增加，将使脉冲振幅减小。

如果信号传输过程中感受到阻抗的变化，就会发生信号的反射。这个信号可能是驱动端发出的信号，也可能是远端反射回来的反射信号。相关文章：信号反射问题与相关电路设计技巧。根据反射系数的公式，当信号感受到阻抗变小，就会发生负反射，反射的负电压会使信号产生下冲。信号在驱动端和远端负载之间多次反射，其结果就是信号振铃。大多数芯片的输出阻抗都很低，如果输出阻抗小于PCB走线的特性阻抗，那么在没有源端端接的情况下，必然产生信号振铃。

在实际电路中，采用下列几种方法来来减小和抑制上冲及振铃。

(1)串联电阻。利用具有较大电阻的传输线或是人为地串入适当的阻尼电阻，可以减小脉冲的振幅，从而达到减小上冲和振铃程度的目的。但当传入电阻的数值过大时，不仅脉冲幅度减小过多，而且使脉冲的前沿产生延迟。因此，串入的阻尼电阻值应适当，并且应选用无感电阻，电阻的连接位置应靠近接收端。

(2)减小引线电感。设法减小线路及传输线的引线电感是最基本的方法，总的原则是：

尽量缩短引线长度

加粗导线和印制铜箔的宽度

减小信号的传输距离

采用引线电感小的元器件，尤其是传输前沿很陡的脉冲信号时更应注意这些问题

(3)由于负载电路的等效电感和等效电容同样可以影响发送端，使之脉冲波形产生上冲和振铃，因此，应尽量减小负载电路的等效电感和电容。尤其是负载电路的接地线过长时，形成的地线电感和杂散电容相当可观，其影响不容忽视。

(4)逻辑数字电路中的信号线可增加上拉电阻和交流终端负载，如图6所示。上拉电阻(可取)的接入，可将信号的逻辑高电平上拉到5V。交流终端负载电路的接入不影响支流驱动能力，也不会增加信号线的负载，而高频振铃现象却可得到有效的抑制。

上述振铃除了与电路条件有关外，还与脉冲前沿的上升时间密切相关。即使电路条件相同，当脉冲前沿上升时间很短时，上冲的峰值将大大增加。一般对于前沿上升时间在1以下的脉冲，均考虑产生上冲及振铃的可能。因此，在脉冲信号频率的选择问题上，应考虑在满足系统速度要求的前提下，能选用较低频率的信号绝不选用高频信号;如无必要，也不应过分要求脉冲的前沿非常陡峭。这对从根本上消除上冲和振铃视听有利的。

Smith圆图在RF匹配电路调试中的应用

Smith圆图上可以反映出如下信息：阻抗参数Z，导纳参数Y，品质因子Q，反射系数，驻波系数，噪声系数，增益，稳定因子，功率，效率，频率信息等抗等参数。