详解阻抗匹配原理(这样理解阻抗匹配比较容易懂)
阻抗匹配(impedance matching)是指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。对于低频电路和高频电路,阻抗匹配有很大的不同。
在理解阻抗匹配前,先要搞明白输入阻抗和输出阻抗。
一、输入阻抗
输入阻抗是指一个电路输入端的等效阻抗。在输入端上加上一个电压源U,测量输入端的电流I,则输入阻抗Rin就是U/I。你可以把输入端想象成一个电阻的两端,这个电阻的阻值,就是输入阻抗。
输入阻抗跟一个普通的电抗元件没什么两样,它反映了对电流阻碍作用的大小。对于电压驱动的电路,输入阻抗越大,则对电压源的负载就越轻,因而就越容易驱动,也不会对信号源有影响;而对于电流驱动型的电路,输入阻抗越小,则对电流源的负载就越轻。因此,我们可以这样认为:如果是用电压源来驱动的,则输入阻抗越大越好;如果是用电流源来驱动的,则阻抗越小越好(注:只适合于低频电路,在高频电路中,还要考虑阻抗匹配问题),另外如果要获取最大输出功率时,也要考虑 阻抗匹配问题
在通常的数字信号系统中,器件的输出阻抗通常是十几欧姆到二十几欧姆,传输线的阻抗通常会控制在50欧姆,所以始端匹配电阻常见为33欧姆电阻。
当然要达到好的匹配效果,驱动端输出到串联电阻这一段的传输路径最好较短,短到可以忽略这一段传输线的影响。
串联电阻优缺点如下:
(1)优点
1、只需要一个电阻;
2、没有多余的直流功耗;
3、消除驱动端的二次反射;
4、不受接收端负载变化的影响;
(2)缺点
1、接收端的一次发射依然存在;
2、信号边沿会有一些变化;
3、电阻要靠近驱动端放置,不适合双向 传输信号;
4、在线上传输的电压是驱动电压的一半,不适合菊花链的多型负载结构。
二、并联端接方式
并联端接又叫终端匹配,要达到阻抗匹配的要求,端接的电阻应该和传输线的特征阻抗Z0相等。
在通常的数字信号传输系统里,接收端的阻抗范围为几兆到十几兆,终端匹配电阻如果和传输线的特征阻抗相等,其和接收端阻抗并联后的阻抗大致还是在传输线的特征阻抗左右,那么终端的反射系数为0。不会产生反射,消除的是终端的一次反射。
并联端接优缺点
(1)优点
1、适用于多个负载
2、只需要一个电阻并且阻值容易选取
(2)缺点
1、增加了直流功耗
2、并联端接可以上拉到电源或者下拉到地,是的低电平升高或者高电平降低,减小噪声容限。
三、AC并联端接
并联端接为消除直流功耗,可以采用如下所示的AC并联端接(AC终端匹配)。要达到匹配要求,端接的电阻应该和传输线的特征阻抗Z0相等。
优缺点描述如下:
(1)优点
1、适用于多个负载
2、无直流功耗增加
(2)缺点
1、需要两个器件
2、增加了终端的容性负载,增加了RC电路造成的延时
3、对周期性的信号有效(如时钟),不适合于非周期信号(如数据)
四、戴维南端接
戴维南端接同终端匹配,如下图,要达到匹配要求,终端的电阻并联值要和传输线的特征阻抗Z0相等。
优缺点描述:
(1)优点
1、适用于多个负载
2、很适用于SSTL/HSTL电平上拉或下拉输出阻抗很好平衡的情况。
(2)缺点
1、直流功耗增加
2、需要两个器件
3、端接电阻上拉到电源或下拉到地,会使得低电平升高或高电平降低
4、电阻值较难选择,电阻值取值小会使低电平升高,高电平降低更加恶劣;电阻值取大有可能造成不能完全匹配,使反射增大,可以通过仿真来确定。
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