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基本概念
信號傳輸過程中負載阻抗和信源內阻抗之間的特定配合關係。一件器材的輸出阻抗和所連接的負載阻抗之間所應滿足的某種關係，以免接上負載後對器材本身的工作狀態產生明顯的影響。對電子設備互連來說，例如信號源連放大器，前級連後級，只要後一級的輸入阻抗大於前一級的輸出阻抗5-10倍以上，就可認爲阻抗匹配良好；對於放大器連接音箱來說，電子管機應選用與其輸出端標稱阻抗相等或接近的音箱，而晶體管放大器則無此限制，可以接任何阻抗的音箱。
匹配條件
- 負載阻抗等於信源內阻抗，即它們的模與輻角分別相等，這時在負載阻抗上可以得到無失真的電壓傳輸。
- 負載阻抗等於信源內阻抗的共軛值，即它們的模相等而輻角之和爲零。這時在負載阻抗上可以得到最大功率。這種匹配條件稱爲共軛匹配。如果信源內阻抗和負載阻抗均爲純阻性，則兩種匹配條件是等同的。
阻抗匹配是指負載阻抗與激勵源內部阻抗互相適配，得到最大功率輸出的一種工作狀態。對於不同特性的電路，匹配條件是不一樣的。在純電阻電路中，當負載電阻等於激勵源內阻時，則輸出功率爲最大，這種工作狀態稱爲匹配，否則稱爲失配。
當激勵源內阻抗和負載阻抗含有電抗成份時，爲使負載得到最大功率，負載阻抗與內阻必須滿足共扼關係，即電阻成份相等，電抗成份絕對值相等而符號相反。這種匹配條件稱爲共扼匹配。
阻抗匹配(Impedance matching)是微波電子學裏的一部分，主要用於傳輸線上，來達至所有高頻的微波信號皆能傳至負載點的目的，不會有信號反射回來源點，從而提升能源效益。史密夫圖表上。電容或電感與負載串聯起來，即可增加或減少負載的阻抗值，在圖表上的點會沿著代表實數電阻的圓圈走動。如果把電容或電感接地，首先圖表上的點會以圖中心旋轉180度，然後才沿電阻圈走動，再沿中心旋轉180度。重覆以上方法直至電阻值變成1，即可直接把阻抗力變爲零完成匹配。
共軛匹配
在信號源給定的情況下，輸出功率取決於負載電阻與信號源內阻之比K，當兩者相等，即K=1時，輸出功率最大。然而阻抗匹配的概念可以推廣到交流電路，當負載阻抗與信號源阻抗共軛時，能夠實現功率的最大傳輸，如果負載阻抗不滿足共軛匹配的條件，就要在負載和信號源之間加一個阻抗變換網絡，將負載阻抗變換爲信號源阻抗的共軛，實現阻抗匹配。
匹配分類
大體上，阻抗匹配有兩種，一種是透過改變阻抗力(lumped-circuit matching)，另一種則是調整傳輸線的波長(transmission line matching)。
要匹配一組線路，首先把負載點的阻抗值除以傳輸線的特性阻抗值來歸一化，然後把數值劃在史密夫圖表上。
1、改變阻抗力
把電容或電感與負載串聯起來，即可增加或減少負載的阻抗值，在圖表上的點會沿著代表實數電阻的圓圈走動。如果把電容或電感接地，首先圖表上的點會以圖中心旋轉180度，然後才沿電阻圈走動，再沿中心旋轉180度。重複以上方法直至電阻值變成1，即可直接把阻抗力變爲零完成匹配。
2、調整傳輸線
由負載點至來源點加長傳輸線，在圖表上的圓點會沿著圖中心以逆時針方向走動，直至走到電阻值爲1的圓圈上，即可加電容或電感把阻抗力調整爲零，完成匹配。
阻抗匹配則傳輸功率大，對於一個電源來講，單它的內阻等於負載時，輸出功率最大，此時阻抗匹配。最大功率傳輸定理，如果是高頻的話，就是無反射波。對於普通的寬頻放大器，輸出阻抗50Ω，功率傳輸電路中需要考慮阻抗匹配，可是如果信號波長遠遠大於電纜長度，即纜長可以忽略的話，就無須考慮阻抗匹配了。阻抗匹配是指在能量傳輸時，要求負載阻抗要和傳輸線的特徵阻抗相等，此時的傳輸不會產生反射，這表明所有能量都被負載吸收了。反之則在傳輸中有能量損失。高速PCB佈線時，爲了防止信號的反射，要求是線路的阻抗爲50歐姆。這是個大約的數字，一般規定同軸電纜基帶50歐姆，頻帶75歐姆，對絞線則爲 100歐姆，只是取個整而已，爲了匹配方便。
何爲阻抗
阻抗是電阻與電抗在向量上的和。高頻電路的阻抗匹配由於高頻功率放大器工作於非線性狀態，所以線性電路和阻抗匹配(即：負載阻抗與電源內阻相等)這一概念不能適用於它。因爲在非線性(如：丙類)工作的時候，電子器件的內阻變動劇烈：通流的時候，內阻很小；截止的時候，內阻接近無窮大。因此輸出電阻不是常數。所以所謂匹配的時候內阻等於外阻，也就失去了意義。因此，高頻功率放大的阻抗匹配概念是：在給定的電路條件下，改變負載迴路的可調元件，使電子器件送出額定的輸出功率至負載。這就叫做達到了匹配狀態。
怎樣理解阻抗匹配
阻抗匹配是指信號源或者傳輸線跟負載之間的一種合適的搭配方式。阻抗匹配分爲低頻和高頻兩種情況討論。
我們先從直流電壓源驅動一個負載入手。由於實際的電壓源，總是有內阻的，我們可以把一個實際電壓源，等效成一個理想的電壓源跟一個電阻r串聯的模型。假設負載電阻爲R，電源電動勢爲U，內阻爲r，那麼我們可以計算出流過電阻R的電流爲：I=U/(R+r)，可以看出，負載電阻R越小，則輸出電流越大。負載R上的電壓爲：Uo=IR=U*[1+(r/R)]，可以看出，負載電阻R越大，則輸出電壓Uo越高。再來計算一下電阻R消耗的功率爲：
P= I * I * R = [ U / ( R + r ) ] * [ U / ( R + r ) ] * R=U * U * R / ( R * R + 2 * R * r + r * r )
= U* U * R / [ ( R - r ) * ( R - r ) + 4 * R * r ]
= U * U / { [ ( R - r ) * ( R - r ) / R ] + 4 * r }
對於一個給定的信號源，其內阻r是固定的，而負載電阻R則是由我們來選擇的。注意式中[ ( R - r ) * ( R - r ) / R ]，當R = r時，[ ( R - r ) * ( R - r ) / R ]可取得最小值0，這時負載電阻R上可獲得最大輸出功率 Pmax = U * U / ( 4 * r )。即，當負載電阻跟信號源內阻相等時，負載可獲得最大輸出功率，這就是我們常說的阻抗匹配之一。對於純電阻電路，此結論同樣適用於低頻電路及高頻電路。當交流電路中含有容性或感性阻抗時，結論有所改變，就是需要信號源與負載阻抗的的實部相等，虛部互爲相反數，這叫做共厄匹配。在低頻電路中，我們一般不考慮傳輸線的匹配問題，只考慮信號源跟負載之間的情況，因爲低頻信號的波長相對於傳輸線來說很長，傳輸線可以看成是“短線”，反射可以不考慮(可以這麼理解：因爲線短，即使反射回來，跟原信號還是一樣的)。從以上分析我們可以得出結論：如果我們需要輸出電流大，則選擇小的負載R；如果我們需要輸出電壓大，則選擇大的負載R；如果我們需要輸出功率最大，則選擇跟信號源內阻匹配的電阻R。有時阻抗不匹配還有另外一層意思，例如一些儀器輸出端是在特定的負載條件下設計的，如果負載條件改變了，則可能達不到原來的性能，這時我們也會叫做阻抗失配。
在高頻電路中，我們還必須考慮反射的問題。當信號的頻率很高時，則信號的波長就很短，當波長短得跟傳輸線長度可以比擬時，反射信號疊加在原信號上將會改變原信號的形狀。如果傳輸線的特徵阻抗跟負載阻抗不匹配(相等)時，在負載端就會產生反射。爲什麼阻抗不匹配時會產生反射以及特徵阻抗的求解方法，牽涉到二階偏微分方程的求解，在這裏我們不細說了，有興趣的可參看電磁場與微波方面書籍中的傳輸線理論。傳輸線的特徵阻抗(也叫做特性阻抗)是由傳輸線的結構以及材料決定的，而與傳輸線的長度，以及信號的幅度、頻率等均無關。例如，常用的閉路電視同軸電纜特性阻抗爲75歐，而一些射頻設備上則常用特徵阻抗爲50歐的同軸電纜。另外還有一種常見的傳輸線是特性阻抗爲300歐的扁平平行線，這在農村使用的電視天線架上比較常見，用來做八木天線的饋線。因爲電視機的射頻輸入端輸入阻抗爲75歐，所以300歐的饋線將與其不能匹配。實際中是如何解決這個問題的呢?不知道大家有沒有留意到，電視機的附件中，有一個300歐到75歐的阻抗轉換器(一個塑料包裝的，一端有一個圓形的插頭的那個東東，大概有兩個大拇指那麼大的)?它裏面其實就是一個傳輸線變壓器，將300歐的阻抗，變換成75歐的，這樣就可以匹配起來了。這裏需要強調一點的是，特性阻抗跟我們通常理解的電阻不是一個概念，它與傳輸線的長度無關，也不能通過使用歐姆表來測量。爲了不產生反射，負載阻抗跟傳輸線的特徵阻抗應該相等，這就是傳輸線的阻抗匹配。如果阻抗不匹配會有什麼不良後果呢?如果不匹配，則會形成反射，能量傳遞不過去，降低效率；會在傳輸線上形成駐波(簡單的理解，就是有些地方信號強，有些地方信號弱)，導致傳輸線的有效功率容量降低；功率發射不出去，甚至會損壞發射設備。如果是電路板上的高速信號線與負載阻抗不匹配時，會產生震盪，輻射干擾等。
當阻抗不匹配時，有哪些辦法讓它匹配呢?
第一，可以考慮使用變壓器來做阻抗轉換，就像上面所說的電視機中的那個例子那樣。
第二，可以考慮使用串聯/並聯電容或電感的辦法，這在調試射頻電路時常使用。
第三，可以考慮使用串聯/並聯電阻的辦法。一些驅動器的阻抗比較低，可以串聯一個合適的電阻來跟傳輸線匹配，例如高速信號線，有時會串聯一個幾十歐的電阻。而一些接收器的輸入阻抗則比較高，可以使用並聯電阻的方法，來跟傳輸線匹配，例如，485總線接收器，常在數據線終端並聯120歐的匹配電阻。
爲了幫助大家理解阻抗不匹配時的反射問題，我來舉兩個例子：假設你在練習拳擊——打沙包。如果是一個重量合適的、硬度合適的沙包，你打上去會感覺很舒服。但是，如果哪一天我把沙包做了手腳，例如，裏面換成了鐵沙，你還是用以前的力打上去，你的手可能就會受不了了——這就是負載過重的情況，會產生很大的反彈力。相反，如果我把裏面換成了很輕很輕的東西，你一出拳，則可能會撲空，手也可能會受不了——這就是負載過輕的情況。另一個例子，不知道大家有沒有過這樣的經歷：就是看不清樓梯時上/下樓梯，當你以爲還有樓梯時，就會出現“負載不匹配”這樣的感覺了。當然，也許這樣的例子不太恰當，但我們可以拿它來理解負載不匹配時的反射情況。
高速PCB設計中的阻抗匹配(資料整理)
阻抗匹配
阻抗匹配是指在能量傳輸時，要求負載阻抗要和傳輸線的特徵阻抗相等，此時的傳輸不會產生反射，這表明所有能量都被負載吸收了。反之則在傳輸中有能量損失。在高速PCB設計中，阻抗的匹配與否關係到信號的質量優劣。
PCB走線什麼時候需要做阻抗匹配?
不主要看頻率，而關鍵是看信號的邊沿陡峭程度，即信號的上升/下降時間，一般認爲如果信號的上升/下降時間(按10%～90%計)小於6倍導線延時，就是高速信號，必須注意阻抗匹配的問題。導線延時一般取值爲150ps/inch。
特徵阻抗
信號沿傳輸線傳播過程當中，如果傳輸線上各處具有一致的信號傳播速度，並且單位長度上的電容也一樣，那麼信號在傳播過程中總是看到完全一致的瞬間阻抗。由於在整個傳輸線上阻抗維持恆定不變，我們給出一個特定的名稱，來表示特定的傳輸線的這種特徵或者是特性，稱之爲該傳輸線的特徵阻抗。特徵阻抗是指信號沿傳輸線傳播時，信號看到的瞬間阻抗的值。特徵阻抗與PCB導線所在的板層、PCB所用的材質(介電常數)、走線寬度、導線與平面的距離等因素有關，與走線長度無關。特徵阻抗可以使用軟件計算。高速PCB佈線中，一般把數字信號的走線阻抗設計爲50歐姆，這是個大約的數字。一般規定同軸電纜基帶50歐姆，頻帶75歐姆，對絞線(差分)爲100歐姆。
常見阻抗匹配的方式
1、串聯終端匹配
在信號源端阻抗低於傳輸線特徵阻抗的條件下，在信號的源端和傳輸線之間串接一個電阻R，使源端的輸出阻抗與傳輸線的特徵阻抗相匹配，抑制從負載端反射回來的信號發生再次反射。
匹配電阻選擇原則：匹配電阻值與驅動器的輸出阻抗之和等於傳輸線的特徵阻抗。常見的CMOS和TTL驅動器，其輸出阻抗會隨信號的電平大小變化而變化。因此，對TTL或CMOS電路來說，不可能有十分正確的匹配電阻，只能折中考慮。鏈狀拓撲結構的信號網路不適合使用串聯終端匹配，所有的負載必須接到傳輸線的末端。
串聯匹配是最常用的終端匹配方法。它的優點是功耗小，不會給驅動器帶來額外的直流負載，也不會在信號和地之間引入額外的阻抗，而且只需要一個電阻元件。
常見應用：一般的CMOS、TTL電路的阻抗匹配。USB信號也採樣這種方法做阻抗匹配。
2、並聯終端匹配
在信號源端阻抗很小的情況下，通過增加並聯電阻使負載端輸入阻抗與傳輸線的特徵阻抗相匹配，達到消除負載端反射的目的。實現形式分爲單電阻和雙電阻兩種形式。
匹配電阻選擇原則：在芯片的輸入阻抗很高的情況下，對單電阻形式來說，負載端的並聯電阻值必須與傳輸線的特徵阻抗相近或相等；對雙電阻形式來說，每個並聯電阻值爲傳輸線特徵阻抗的兩倍。
並聯終端匹配優點是簡單易行，顯而易見的缺點是會帶來直流功耗：單電阻方式的直流功耗與信號的佔空比緊密相關；雙電阻方式則無論信號是高電平還是低電平都有直流功耗，但電流比單電阻方式少一半。
常見應用：以高速信號應用較多。
DDR、DDR2等SSTL驅動器。採用單電阻形式，並聯到VTT(一般爲IOVDD的一半)。其中DDR2數據信號的並聯匹配電阻是內置在芯片中的。
TMDS等高速串行數據接口。採用單電阻形式，在接收設備端並聯到IOVDD，單端阻抗爲50歐姆(差分對間爲100歐姆)。