【正文】 怎樣理解阻抗匹配 阻抗匹配是指信號(hào)源或者傳輸線跟負(fù)載之間的一種合適的搭配方式。假設(shè)負(fù)載電阻為R，電源電動(dòng)勢(shì)為U，內(nèi)阻為r，那么我們可以計(jì)算出流過電阻R的電流為：I=U/(R+r)，可以看出，負(fù)載電阻R越小，則輸出電流越大。=U*U/{[(Rr)*(Rr)/R]+4*r}對(duì)于一個(gè)給定的信號(hào)源，其內(nèi)阻r是固定的，而負(fù)載電阻R則是由我們來(lái)選擇的。當(dāng)交流電路中含有容性或感性阻抗時(shí)，結(jié)論有所改變，就是需要信號(hào)源與負(fù)載阻抗的的實(shí)部相等，虛部互為相反數(shù)，這叫做共厄匹配。如果我們需要輸出功率最大，則選擇跟信號(hào)源內(nèi)阻匹配的電阻R。如果傳輸線的特征阻抗跟負(fù)載阻抗不匹配（相等）時(shí)，在負(fù)載端就會(huì)產(chǎn)生反射。另外還有一種常見的傳輸線是特性阻抗為300歐的扁平平行線，這在農(nóng)村使用的電視天線架上比較常見，用來(lái)做八木天線的饋線。為了不產(chǎn)生反射，負(fù)載阻抗跟傳輸線的特征阻抗應(yīng)該相等，這就是傳輸線的阻抗匹配。如果是電路板上的高速信號(hào)線與負(fù)載阻抗不匹配時(shí)，會(huì)產(chǎn)生震蕩，輻射干擾等。一些驅(qū)動(dòng)器的阻抗比較低，可以串聯(lián)一個(gè)合適的電阻來(lái)跟傳輸線匹配，例如高速信號(hào)線，有時(shí)會(huì)串聯(lián)一個(gè)幾十歐的電阻。但是，如果哪一天我把沙包做了手腳，例如，里面換成了鐵沙，你還是用以前的力打上去，你的手可能就會(huì)受不了了——這就是負(fù)載過重的情況，會(huì)產(chǎn)生很大的反彈力。 阻抗匹配 阻抗匹配是指在能量傳輸時(shí)，要求負(fù)載阻抗要和傳輸線的特征阻抗相等，此時(shí)的傳輸不會(huì)產(chǎn)生反射，這表明所有能量都被負(fù)載吸收了。導(dǎo)線延時(shí)一般取值為150ps/inch。特征阻抗是指信號(hào)沿傳輸線傳播時(shí)，信號(hào)看到的瞬間阻抗的值。一般規(guī)定同軸電纜基帶50歐姆，頻帶75歐姆，對(duì)絞線（差分）為100歐姆。常見的CMOS和TTL驅(qū)動(dòng)器，其輸出阻抗會(huì)隨信號(hào)的電平大小變化而變化。它的優(yōu)點(diǎn)是功耗小，不會(huì)給驅(qū)動(dòng)器帶來(lái)額外的直流負(fù)載，也不會(huì)在信號(hào)和地之間引入額外的阻抗，而且只需要一個(gè)電阻元件。實(shí)現(xiàn)形式分為單電阻和雙電阻兩種形式。（1）DDR、DDR2等SSTL驅(qū)動(dòng)器。采用單電阻形式，在接收設(shè)備端并聯(lián)到IOVDD，單端阻抗為50歐姆（差分對(duì)間為100歐姆）。阻抗匹配（Impedance matching）是微波電子學(xué)里的一部分，主要用于傳輸線上，來(lái)達(dá)至所有高頻的微波信號(hào)皆能傳至負(fù)載點(diǎn)的目的，不會(huì)有信號(hào)反射回來(lái)源點(diǎn)，從而提升能源效益。要匹配一組線路，首先把負(fù)載點(diǎn)的阻抗值，除以傳輸線的特性阻抗值來(lái)歸一化，然后把數(shù)值劃在史密夫圖表上。如果把電容或電感接地，首先圖表上的點(diǎn)會(huì)以圖中心旋轉(zhuǎn)180度，然后才沿電阻圈走動(dòng)，再沿中心旋轉(zhuǎn)180度。由負(fù)載點(diǎn)至來(lái)源點(diǎn)加長(zhǎng)傳輸線，在圖表上的圓點(diǎn)會(huì)沿著圖中心以逆時(shí)針方向走動(dòng)，直至走到電阻值為1的圓圈上，即可加電容或電感把阻抗力調(diào)整為零，完成匹配阻抗匹配是指在能量傳輸時(shí)，要求負(fù)載阻抗要和傳輸線的特征阻抗相等，此時(shí)的傳輸不會(huì)產(chǎn)生反射。在直流電的世界中，物體對(duì)電流阻礙的作用叫做電阻，世界上所有的物質(zhì)都有電阻，只是電阻值的大小差異而已。它們的計(jì)量單位與電阻一樣是奧姆，而其值的大小則和交流電的頻率有關(guān)系，頻率愈高則容抗愈小感抗愈大，頻率愈低則容抗愈大而感抗愈小。對(duì)于不同特性的電路，匹配條件是不一樣的。當(dāng)激勵(lì)源內(nèi)阻抗和負(fù)載阻抗含有電抗成份時(shí)，為使負(fù)載得到最大功率，負(fù)載阻抗與內(nèi)阻必須滿足共扼關(guān)系，即電阻成份相等，電抗成份只數(shù)值相等而符號(hào)相反。在高速的設(shè)計(jì)中，阻抗的匹配與否關(guān)系到信號(hào)的質(zhì)量?jī)?yōu)劣。串聯(lián)終端匹配后的信號(hào)傳輸具有以下特點(diǎn)：C 反射信號(hào)與源端傳播的信號(hào)疊加，使負(fù)載端接受到的信號(hào)與原始信號(hào)的幅度近似相同；D 負(fù)載端反射信號(hào)向源端傳播，到達(dá)源端后被匹配電阻吸收；？因此，對(duì)TTL或CMOS 電路來(lái)說，不可能有十分正確的匹配電阻，只能折中考慮。可以看出，有一段時(shí)間負(fù)載端信號(hào)幅度為原始信號(hào)幅度的一半。它的優(yōu)點(diǎn)是功耗小，不會(huì)給驅(qū)動(dòng)器帶來(lái)額外的直流負(fù)載，也不會(huì)在信號(hào)和地之間引入額外的阻抗；而且只需要一個(gè)電阻元件。實(shí)現(xiàn)形式分為單電阻和雙電阻兩種形式。B 所有的反射都被匹配電阻吸收；假定傳輸線的特征阻抗為50Ω，則R值為50Ω。雙電阻形式的并聯(lián)匹配，也被稱作戴維南終端匹配，要求的電流驅(qū)動(dòng)能力比單電阻形式小。⑵． 與電源連接的電阻值不能太小，以免信號(hào)為低電平時(shí)驅(qū)動(dòng)電流過大；因而不適用于電池供電系統(tǒng)等對(duì)功耗要求高的系統(tǒng)。當(dāng)握管處所施壓的力道恰好，而讓水柱的射程正確灑落在目標(biāo)區(qū)時(shí)，則施與受兩者皆歡而順利完成使命，豈非一種得心應(yīng)手的小小成就？三. 傳輸線之終端控管技術(shù)（Termination）（Characteristic Impedance）10﹪或 177。例如澆花的軟管突然被踩住，造成軟管兩端都出現(xiàn)異常，正好可說明上述特性阻抗匹配不良的問題。那么是否什么時(shí)候都要考慮阻抗匹配？在普通的寬頻帶放大器中，因?yàn)檩敵鲎杩篂?0Ω，所以需要考慮在功率傳輸電路中進(jìn)行阻抗匹配。在通常使用的長(zhǎng)度為1m左右的同軸電纜中，是在完全可忽略的范圍之內(nèi)。摘要：本文利用史密斯圓圖作為RF阻抗匹配的設(shè)計(jì)指南。在處理RF系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用問題時(shí)，總會(huì)遇到一些非常困難的工作，對(duì)各部分級(jí)聯(lián)電路的不同阻抗進(jìn)行匹配就是其中之一。頻率在數(shù)十兆赫茲以上時(shí)，理論計(jì)算和仿真已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求，為了得到適當(dāng)?shù)淖罱K結(jié)果，還必須考慮在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行的RF測(cè)試、并進(jìn)行適當(dāng)調(diào)諧。由于這類軟件是為不同功能設(shè)計(jì)的而不只是用于阻抗匹配，所以使用起來(lái)比較復(fù)雜。 經(jīng)驗(yàn)： 史密斯圓圖：本文要重點(diǎn)討論的內(nèi)容。圖1. 阻抗和史密斯圓圖基礎(chǔ)基礎(chǔ)知識(shí)在介紹史密斯圓圖的使用之前，最好回顧一下RF環(huán)境下(大于100MHz) IC連線的電磁波傳播現(xiàn)象。= RL jXL的等效圖在這個(gè)條件下，從信號(hào)源到負(fù)載傳輸?shù)哪芰孔畲蟆Ｊ访芩箞A圖是反射系數(shù)(伽馬，以符號(hào)Γ表示)的極座標(biāo)圖。我們知道反射系數(shù)定義為反射波電壓與入射波電壓之比：圖3. 負(fù)載阻抗負(fù)載反射信號(hào)的強(qiáng)度取決于信號(hào)源阻抗與負(fù)載阻抗的失配程度。(特性阻抗)通常為常數(shù)并且是實(shí)數(shù)，是常用的歸一化標(biāo)準(zhǔn)值，如50Ω、75Ω、100Ω和600Ω。為了建立圓圖，方程必需重新整理以符合標(biāo)準(zhǔn)幾何圖形的形式(如圓或射線)。 + (y b)178。更多細(xì)節(jié)參見圖4a。0)為圓心。0)為圓心、半徑為1的圓代表負(fù)載短路。0)。 無(wú)限大的電阻對(duì)應(yīng)的圓退化為一個(gè)點(diǎn)(1， 選擇一個(gè)對(duì)應(yīng)于新電阻值的圓周就等于選擇了一個(gè)新的電阻。 + (y b)178。更多細(xì)節(jié)參見圖4b。所有的圓(x為常數(shù))都包括點(diǎn)(1，所有圓的圓心都在一條經(jīng)過橫軸上1點(diǎn)的垂直線上。 可互換性上述過程是可逆的，如果已知反射系數(shù)，可以找到兩個(gè)圓周的交點(diǎn)從而讀取相應(yīng)的r和的值。 已知特性阻抗和Γ，找出阻抗下面是一個(gè)用史密斯圓圖表示的RF應(yīng)用實(shí)例：例：= j200ΩZ4= 50ΩZ8= j4z4= 1z8該范例中可能存在八種情況，在圖6所示史密斯圓圖上可以直接得到對(duì)應(yīng)的反射系數(shù)Γ：Γ1= Γ5= 然而，增加并聯(lián)元件時(shí)分析過程就不是這么簡(jiǎn)單了，需要考慮其它的參數(shù)。(早些時(shí)候?qū)Ъ{的單位是西門子或S)。用導(dǎo)納表示時(shí)，第一件要做的事是歸一化，0)的距離相等但在反方向的點(diǎn)。度旋轉(zhuǎn)后的結(jié)果當(dāng)然，表面上看新的點(diǎn)好像是一個(gè)不同的阻抗，實(shí)際上Z和1/Z表示的是同一個(gè)元件。 導(dǎo)納圓圖在前面的討論中，我們看到阻抗圓圖上的每一個(gè)點(diǎn)都可以通過以Γ復(fù)平面原點(diǎn)為中心旋轉(zhuǎn)180176。這種方法十分方便，它使我們不用建立一個(gè)新圖。Γi)上圓的參數(shù)方程(x a)178。0]為圓心，半徑為1/(1 + g)。型的參數(shù)方程()。串聯(lián)電抗(x)對(duì)電感元件而言為正數(shù)，對(duì)電容元件而言為負(fù)數(shù)。下一個(gè)元件是并聯(lián)元件，我們轉(zhuǎn)到導(dǎo)納圓圖(將整個(gè)平面旋轉(zhuǎn)180176。然后又是一個(gè)串聯(lián)元件。回到阻抗模式。最后，我們回到阻抗模式增加最后一個(gè)元件(串聯(lián)電感)。點(diǎn)擊看大圖(PDF，我們的目標(biāo)是在兩者之間插入一個(gè)設(shè)計(jì)好的網(wǎng)絡(luò)已達(dá)到合適的阻抗匹配。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的方法是在史密斯圓圖上不斷增加串聯(lián)和并聯(lián)元件、直到得到我們想要的阻抗。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)已經(jīng)確定為低通，L型(也可以把問題看作是如何使負(fù)載轉(zhuǎn)變成數(shù)值等于ZS的阻抗，即ZS復(fù)共軛)。假設(shè)Z0為50Ω。ZL由于不知道C的值，所以我們不知道具體的位置，然而我們確實(shí)知道移動(dòng)的方向。必需和D位于同一個(gè)電阻圓上。在找到點(diǎn)B和B39。A39。B到D的弧長(zhǎng)為 = ，于是X = Z0該網(wǎng)絡(luò)采用與MAX2472數(shù)據(jù)資料相同的配置結(jié)構(gòu)，上圖給出了匹配網(wǎng)絡(luò)，包括一個(gè)并聯(lián)電感和串聯(lián)電容，以下給出了匹配網(wǎng)絡(luò)元件值的查找過程。轉(zhuǎn)換成zS下一步，在圓圖上定位兩個(gè)點(diǎn)，zS標(biāo)記為A，zL*標(biāo)記為D。但是，我們了解連接LMATCH并將其轉(zhuǎn)換成阻抗后，源阻抗應(yīng)該位于r = 1的圓周上。B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的阻抗為B’點(diǎn)。D的長(zhǎng)度，第一個(gè)測(cè)量值可以得到LMATCH。= 。 900 106) = ，近似為15nH。因?yàn)?/ωC = X，則CMATCH這些計(jì)算值沒有考慮寄生電感和寄生電容，所得到的數(shù)值接近與數(shù)據(jù)資料中給出的數(shù)值： LMATCH實(shí)際上，一個(gè)真正的工程師不僅應(yīng)該擁有理論知識(shí)，更應(yīng)該具有利用各種資源解決問題的能力。