阻抗不匹配有什么后果_阻抗不匹配对信号影响

什么是阻抗

在具有电阻、电感和电容的电路里，对电路中的电流所起的阻碍作用叫做阻抗。阻抗常用Z表示，是一个复数，实际称为电阻，虚称为电抗，其中电容在电路中对交流电所起的阻碍作用称为容抗 ，电感在电路中对交流电所起的阻碍作用称为感抗，电容和电感在电路中对交流电引起的阻碍作用总称为电抗。 阻抗的单位是欧姆。阻抗的概念不仅存在与电路中，在力学的振动系统中也有涉及。

电学解释

阻抗是表示元件性能或一段电路电性能的物理量。交流电路中一段无源电路两端电压峰值（或有效值）Um与通过该电路电流峰值（或有效值）Im之比称为阻抗，用z表示，单位为欧姆（Ω）。在U一定的情况下，z越大则I越小，阻抗对电流有限制的作用。［2］

在电流中，物体对电流阻碍的作用叫做电阻。除了超导体外，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，不过它要求在足够低的温度和足够弱的磁场下，其电阻率才为零。

在直流电和交流电中，电阻对两种电流都有阻碍作用；作为常见元器件，除了电阻还有电容和电感，这两者对交流电和直流电的作用就不像电阻那样都有阻碍作用了。电容是“隔直通交”，就是对直流电有隔断作用，就是直流不能通过，而交流电可以通过，而且随着电容值的增大或者交流电的增大，电容对交流电的阻碍作用越小，这种阻碍作用可以理解为“电阻”，但是不等同于电阻，这是一种电抗，电抗和电阻单位一样，合称“阻抗”。当然，准确的说，“阻抗”应该有三个部分，除了这两个，就是“感抗”。感抗就是电感对电流的阻碍作用，和电容不同，电感对直流电无阻碍作用（如果严谨的研究的话，在通电达到饱和之前的那个短暂的几毫秒的暂态内，也是有阻碍的）对交流有阻碍作用，感抗的单位和容抗以及电阻的单位都一样是欧姆。

力学解释

阻抗、抗、阻的概念不只存在在电路中，在振动系统中，阻抗也用Z表示，是一个复数，也是一个相量（Phasor），含有Magnitude和Phase/Polarity。由阻（Resistance）和抗（Reactance）组成。阻（resistance）是对能量的消耗，而抗（reactance）是对能量的保存。在振动系统中，由质量产生的抗，是质量抗（mass resistance），而由劲度（stiffness）产生的抗，是劲度抗（stiffness resistance）。

什么是阻抗匹配

阻抗匹配（impedance matching） 信号源内阻与所接传输线的特性阻抗大小相等且相位相同，或传输线的特性阻抗与所接负载阻抗的大小相等且相位相同，分别称为传输线的输入端或输出端处于阻抗匹配状态，简称为阻抗匹配。否则，便称为阻抗失配。有时也直接叫做匹配或失配。

信号传输过程中负载阻抗和信源内阻抗之间的特定配合关系。一件器材的输出阻抗和所连接的负载阻抗之间所应满足的某种关系，以免接上负载后对器材本身的工作状态产生明显的影响。对电子设备互连来说，例如信号源连放大器，前级连后级，只要后一级的输入阻抗大于前一级的输出阻抗5-10倍以上，就可认为阻抗匹配良好；对于放大器连接音箱来说，电子管机应选用与其输出端标称阻抗相等或接近的音箱，而晶体管放大器则无此限制，可以接任何阻抗的音箱。

输入端阻抗匹配时，传输线获得最大功率；在输出端阻抗匹配的情况下，传输线上只有向终端行进的电压波和电流波，携带的能量全部为负载所吸收。

在阻抗失配的情况下，传输线上将同时存在-射波和应射波。

从传输的角度来说，总是竭力避免阻抗失配现象的出现，因为反射波的出现，意味着递送到传输线终端的功率不能全部为负载所吸收，降低了传输效率；在输送功率较高的情况下，电压或电流的波腹有可能损坏传输线的介质；而且传输线始端的输入阻抗随频率而变化，输送多频信号时，将因机、线阻抗难于匹配而出现失真。

阻抗匹配的程度常用电压反射系数来衡量。

阻抗不匹配有什么后果

阻抗不匹配的后果有很多，主要举例说明一下阻抗不匹配在数字电路中产生的后果。

1、数字信号在接收器件的输入端和发送器件的输出端来回反射。反射的信号在两边来回反弹直至最终完全被电阻所吸收。

2、反射信号引入振铃信号沿着走线传播。振铃影响了信号的电压和时序，并严重影响了信号质量。

3、一个不匹配的信号通路会导致信号辐射到环境中去。

由于阻抗不匹配产生的问题可以通过使用终端来减少。终端通常是一个或两个放置在信号线接收器附近的分立元件。一个简单的例子，终端是一个低值的串连电阻。

终端抑制了信号的上升时间，并吸收了部分反射能源。特别是要注意到，终端并不能完全消除由于阻抗不匹配而产生的破坏性的影响。但是通过仔细选择的配置和元件的值，一个终端可以非常有效地控制了信号完整性的效果。

并非所有的信号线都需要阻抗控制。一些标准，如Compact PCI需要特定的走线阻抗和（或）终端电阻。通过制订阻抗的要求，这些标准对减少反射，振铃和信号线的辐射是相当有效的。

其他标准没有对阻抗控制有具体的要求，留给设计者决定是否需要加阻抗控制。而决定的结果随设计的不同而不同，但它往往取决于信号线的长度（信号线延迟Td）和信号的上升时间（ Tr）。一个经常使用的规则是，当Td大于Tr的1/6的时候就对阻抗控制有要求了。

阻抗不匹配对信号影响

阻抗不匹配信号会出现很多谐波，阻抗匹配概念很广，但是从你说产生谐波的角度来说，我认为你是想知道高速信号链阻抗匹配的概念的，论述如下。

1、无论是什么频率的信号，收发两端阻抗匹配都会使得下一级接收到最大功率，这是显然的。

2、对于低频信号，阻抗匹配的概念用处不大。这些我亲自侧过，只要上下级的负载均在彼此的适配范围内，毫无压力，信号会完好无损，不用考虑太多。

3、对于高频信号，由于信号频率升高之后，各类元件的高频效应显现，各类元件开始表现出频率响应，甚至局部会出现谐振。一方面，信号的谐波是普遍存在的，只是功率和信号相比非常小，有时元件的频率响应会对信号的某次谐波产生谐振效应，从而将一部分谐波能量放大，产生给类谐波。另一方面，由于元件在高频会出现频响的非线性，这回导致各类谐波甚至加减谐波的出现。阻抗匹配可以使得前后级的阻抗为纯阻性（消除了电抗的影响），使得信号能够无损传输。

4、对于射频甚至微波信号，电路信号根本就不是集总的，需要通过偏微分方程（而非常微分方程）来描述。这时，元器件的尺寸会彻底改变元器件的频响，必须要进行阻抗匹配，因为哪怕是连线的尺寸都会使得联线表现出电抗特性，且没点电抗特性不同。否则即使在理想状态下，也会发生反射现象，使得信号链路上出现各类谐波。

5、综上，阻抗匹配在低频时意义不大，但高频到射频上非常有必要；另外，阻抗匹配是作为一个电子工程师应该有的必备素养，很多时候哪怕是不必要的，也应该脑袋里时刻记着这么个事情，这是近些年来电赛模拟部分的一个考察点。 低频时，关心的是传输的波形；高频甚至射频时，同时也要关心传递的功率。