一、什么是阻抗？

在一般狀態(tài)下，導(dǎo)體多少都存有阻止電流流動的作用，其阻止程度可用電阻表示，單位是歐姆。在交流電路中，除電阻外，還有還有電感和電容等器件，皆有阻礙電流流動的作用。通常將阻礙交流電流作用的部分總稱為阻抗。

阻抗匹配是指信號源或者傳輸線跟負(fù)載之間達(dá)到一種適合的搭配。阻抗匹配主要有兩點(diǎn)作用，調(diào)整負(fù)載功率和抑制信號反射。

當(dāng)一束光從空氣射向水中時會發(fā)生反射，這是因?yàn)楣夂退墓鈱?dǎo)特性不同。同樣，當(dāng)信號傳輸中如果傳輸線上發(fā)生特性阻抗突變也會發(fā)生反射。波長與頻率成反比，低頻信號的波長遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳輸線的長度，因此一般不用考慮反射問題。高頻領(lǐng)域，當(dāng)信號的波長與傳輸線長出于相同量級時，反射的信號易與原信號混疊，影響信號質(zhì)量。通過阻抗匹配可有效減少、消除高頻信號反射。

二、阻抗匹配的方法？

阻抗匹配的方法主要有兩個，一是改變阻抗力，二是調(diào)整傳輸線。

● 改變阻抗力就是通過電容、電感與負(fù)載串并聯(lián)，來調(diào)整負(fù)載阻抗值，以達(dá)到源和負(fù)載阻抗之間的匹配。

● 調(diào)整傳輸線是加長源和負(fù)載間的距離，配合電容和電感把阻抗力調(diào)整為零。此時信號不會發(fā)生發(fā)射，能量都能被負(fù)載吸收。高速PCB布線中，一般把數(shù)字信號的走線阻抗設(shè)計為50歐姆。一般規(guī)定同軸電纜基帶50歐姆，頻帶75歐姆，對絞線（差分）為85-100歐姆。

在PCB走線時：高頻領(lǐng)域中，信號頻率對PCB走線的阻抗值影響非常大。一般來說當(dāng)數(shù)字信號邊沿時間小于1ns或者模擬信號頻率超過300M時就要考慮阻抗問題。

PCB走線阻抗主要來自寄生的電容、電阻、電感系數(shù)，主要因素有材料介電常數(shù)、線寬、線厚乃至焊盤的厚度等。PCB 阻抗的范圍是25至120歐姆，USB、LVDS、HDMI、SATA等一般要做85-100歐姆阻抗控制。

三、什么是輸入/輸出阻抗？

輸入阻抗：輸入阻抗是指一個電路輸入端的等效阻抗。在輸入端上加上一個電壓源U，測量輸入端的電流I，則輸入阻抗Rin就是U/I。你可以把輸入端想象成一個電阻的兩端，這個電阻的阻值，就是輸入阻抗，它反映了對電流阻礙作用的大小。

輸出阻抗：無論信號源或放大器還有電源，都有輸出阻抗的問題。輸出阻抗就是一個信號源的內(nèi)阻。本來，對于一個理想的電壓源（包括電源），內(nèi)阻應(yīng)該為0，或理想電流源的阻抗應(yīng)當(dāng)為無窮大。但現(xiàn)實(shí)中的電壓源，則不能做到這一點(diǎn)。

我們常用一個理想電壓源串聯(lián)一個電阻r的方式來等效一個實(shí)際的電壓源。這個跟理想電壓源串聯(lián)的電阻r，就是（信號源/放大器輸出/電源）內(nèi)阻了。當(dāng)這個電壓源給負(fù)載供電時，就會有電流 I 從這個負(fù)載上流過，并在這個電阻上產(chǎn)生 I×r 的電壓降。這將導(dǎo)致電源輸出電壓的下降，從而限制了最大輸出功率。同樣的，一個理想的電流源，輸出阻抗應(yīng)該是無窮大，但實(shí)際的電路是不可能的。

假設(shè)負(fù)載電阻為R，電源電動勢為U，內(nèi)阻為r：

電阻R上的電流：

電阻R上的電壓：

電阻R的功率為：

當(dāng)R=r時，可取得最小值為0，這時負(fù)載電阻R上可獲得最大輸出功率。即，當(dāng)負(fù)載電阻跟信號源內(nèi)阻相等時，負(fù)載可獲得最大輸出功率，這就是我們常說的阻抗匹配之一。

當(dāng)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(zhuǎn)換；

第二，可以考慮使用串聯(lián)/并聯(lián)電容或電感的辦法，這在調(diào)試射頻電路時常使用；

第三，可以考慮使用串聯(lián)/并聯(lián)電阻的辦法。

一些驅(qū)動器的阻抗比較低，可以串聯(lián)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(lián)一個幾十歐的電阻。而一些接收器的輸入阻抗則比較高，可以使用并聯(lián)電阻的方法，來跟傳輸線匹配，例如，485總線接收器，常在數(shù)據(jù)線終端并聯(lián)120歐的匹配電阻。(始端串聯(lián)匹配，終端并聯(lián)匹配)

當(dāng)傳輸路徑上阻抗不連續(xù)時，會有反射發(fā)生，阻抗匹配的作用就是通過端接元器件，時傳輸路線上的阻抗連續(xù)以去除傳輸鏈路上產(chǎn)生的反射。常見的阻抗匹配有如下幾種：

一、串聯(lián)端接方式 

靠近輸出端的位置串聯(lián)一個電阻，要達(dá)到匹配效果，串聯(lián)電阻和驅(qū)動端輸出阻抗的總和應(yīng)等于傳輸線的特征阻抗Z0。

在通常的數(shù)字信號系統(tǒng)中，器件的輸出阻抗通常是十幾歐姆到二十幾歐姆，

傳輸線的阻抗通常會控制在50Ω，所以始端匹配電阻常見為33Ω電阻。

當(dāng)然要達(dá)到好的匹配效果，驅(qū)動端輸出到串聯(lián)電阻這一段的傳輸路徑最好較短，短到可以忽略這一段傳輸線的影響。

串聯(lián)電阻優(yōu)缺點(diǎn)如下：

   （1）優(yōu)點(diǎn)

           1、只需要一個電阻；

           2、沒有多余的直流功耗；

           3、消除驅(qū)動端的二次反射；

           4、不受接收端負(fù)載變化的影響；

   （2）缺點(diǎn)

           1、接收端的一次發(fā)射依然存在；

           2、信號邊沿會有一些變化；

           3、電阻要靠近驅(qū)動端放置，不適合雙向 傳輸信號；

           4、在線上傳輸?shù)碾妷菏球?qū)動電壓的一半，不適合菊花鏈的多型負(fù)載結(jié)構(gòu)。

二、并聯(lián)端接方式 

并聯(lián)端接又叫終端匹配，要達(dá)到阻抗匹配的要求，端接的電阻應(yīng)該和傳輸線的特征阻抗Z0相等。

在通常的數(shù)字信號傳輸系統(tǒng)里，接收端的阻抗范圍為幾兆到十幾兆，終端匹配電阻如果和傳輸線的特征阻抗相等，其和接收端阻抗并聯(lián)后的阻抗大致還是在傳輸線的特征阻抗左右，那么終端的反射系數(shù)為0。不會產(chǎn)生反射，消除的是終端的一次反射。

并聯(lián)端接優(yōu)缺點(diǎn)

     （1）優(yōu)點(diǎn)

     1、適用于多個負(fù)載

     2、只需要一個電阻并且阻值容易選取

     （2）缺點(diǎn)

     1、增加了直流功耗

     2、并聯(lián)端接可以上拉到電源或者下拉到地，是的低電平升高或者高電平降低，減小噪聲容限。

三、AC并聯(lián)端接 

并聯(lián)端接為消除直流功耗，可以采用如下所示的AC并聯(lián)端接（AC終端匹配）。要達(dá)到匹配要求，端接的電阻應(yīng)該和傳輸線的特征阻抗Z0相等。

AC并聯(lián)端接優(yōu)缺點(diǎn)描述如下：

（1）優(yōu)點(diǎn) 

1、適用于多個負(fù)載

2、無直流功耗增加

（2）缺點(diǎn) 

1、需要兩個器件

2、增加了終端的容性負(fù)載，增加了RC電路造成的延時

3、對周期性的信號有效（如時鐘），不適合于非周期信號（如數(shù)據(jù)）

四、戴維南端接 

戴維南端接同終端匹配，如下圖，要達(dá)到匹配要求，終端的電阻并聯(lián)值要和傳輸線的特征阻抗Z0相等。

戴維南端接優(yōu)缺點(diǎn)描述：

（1）優(yōu)點(diǎn) 

1、適用于多個負(fù)載

2、很適用于SSTL/HSTL電平上拉或下拉輸出阻抗很好平衡的情況。

（2）缺點(diǎn) 

1、直流功耗增加

2、需要兩個器件

3、端接電阻上拉到電源或下拉到地，會使得低電平升高或高電平降低

4、電阻值較難選擇，電阻值取值小會使低電平升高，高電平降低更加惡劣；電阻值取大有可能造成不能完全匹配，使反射增大，可以通過仿真來確定。

PCB走線中的阻抗匹配：

在進(jìn)行PCB布線時，經(jīng)常會發(fā)生這樣的情況：走線通過某一區(qū)域時，由于該區(qū)域布線空間有限，不得不使用更細(xì)的線條，通過這一區(qū)域后，線條再恢復(fù)原來的寬度。走線寬度變化會引起阻抗變化，因此發(fā)生反射，對信號產(chǎn)生影響。

那么什么情況下可以忽略這一影響，又在什么情況下我們必須考慮它的影響？

有三個因素和這一影響有關(guān)：

1、阻抗變化的大?。?/p>

2、信號上升時間；

3、窄線條上信號的時延

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