什么是阻抗匹配,阻抗匹配原理詳解-KIA MOS管
信息來源:本站 日期:2024-09-02
阻抗匹配指通過調(diào)整輸入阻抗和輸出阻抗來使得電子器件滿足一定條件,通常該條件是使得系統(tǒng)傳輸功率最大或者使得信號(hào)反射最小。例如,再無線傳輸系統(tǒng)中需要匹配射頻發(fā)射設(shè)備和接受天線的阻抗以此來實(shí)現(xiàn)傳輸功率最大化。
1. 調(diào)整負(fù)載功率
假定激勵(lì)源已定,那么負(fù)載的功率由兩者的阻抗匹配度決定。對(duì)于一個(gè)理想化的純電阻電路或者低頻電路,由電感、電容引起的電抗值基本可以忽略,此時(shí)電路的阻抗來源主要為電阻。如圖所示,電路中電流I=U/(r+R),負(fù)載功率P=I*I*R。由以上兩個(gè)方程可得當(dāng)R=r時(shí)P取得最大值,Pmax=U*U/(4*r)。
2. 抑制信號(hào)反射
當(dāng)一束光從空氣射向水中時(shí)會(huì)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(hào)傳輸中如果傳輸線上發(fā)生特性阻抗突變也會(huì)發(fā)生反射。波長(zhǎng)與頻率成反比,低頻信號(hào)的波長(zhǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳輸線的長(zhǎng)度,因此一般不用考慮反射問題。高頻領(lǐng)域,當(dāng)信號(hào)的波長(zhǎng)與傳輸線長(zhǎng)出于相同量級(jí)時(shí)反射的信號(hào)易與原信號(hào)混疊,影響信號(hào)質(zhì)量。通過阻抗匹配可有效減少、消除高頻信號(hào)反射。
阻抗匹配作用
最大功率傳輸:對(duì)信號(hào)源和負(fù)載進(jìn)行阻抗匹配,可以實(shí)現(xiàn)傳輸功率最大化,提高能量轉(zhuǎn)換性能;
最小反射損耗:匹配阻抗可以減少信號(hào)在電路中的反射,提高信號(hào)質(zhì)量和傳輸效率;
優(yōu)化系統(tǒng)性能:阻抗匹配可以確保信號(hào)在系統(tǒng)中的穩(wěn)定傳輸,避免信號(hào)失真和性能下降。阻抗匹配對(duì)于獲得理想的 VSWR(電壓駐波比)非常重要。
PCB場(chǎng)景
減少高頻噪聲以及邊沿過沖。如果一個(gè)信號(hào)的邊沿非常陡峭,則含有大量的高頻成分,將會(huì)輻射干擾,另外,也容易產(chǎn)生過沖。串聯(lián)電阻與信號(hào)線的分布電容以及負(fù)載輸入電容等形成一個(gè)RC電路,這樣就會(huì)降低信號(hào)邊沿的陡峭程度。
減少高頻反射以及自激振蕩。當(dāng)信號(hào)的頻率很高時(shí),則信號(hào)的波長(zhǎng)就很短,當(dāng)波長(zhǎng)短得跟傳輸線長(zhǎng)度可以比擬時(shí),反射信號(hào)疊加在原信號(hào)上將會(huì)改變?cè)盘?hào)的形狀。如果傳輸線的特征阻抗跟負(fù)載阻抗不相等(即不匹配)時(shí),在負(fù)載端就會(huì)產(chǎn)生反射,造成自激振蕩。PCB板內(nèi)走線的低頻信號(hào)直接連通即可,一般不需要加串行匹配電阻。
并行阻抗匹配又叫“終端阻抗匹配”,一般用在輸入/輸出接口端,主要指與傳輸電纜的阻抗匹配。例如,LVDS與RS422/485使用5類雙絞線的輸入端匹配電阻為100~120Ω;視頻信號(hào)使用同軸電纜的匹配電阻為75Ω或50Ω、使用篇平電纜為300Ω。并行匹配電阻的阻值與傳輸電纜的介質(zhì)有關(guān),與長(zhǎng)度無關(guān),其主要作用也是防止信號(hào)反射、減少自激振蕩。
低頻和高頻場(chǎng)景:
當(dāng)信號(hào)傳輸中如果傳輸線上發(fā)生特性阻抗突變也會(huì)發(fā)生反射。
波長(zhǎng)與頻率成反比,低頻信號(hào)的波長(zhǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳輸線的長(zhǎng)度,因此一般不用考慮反射問題,也就是說低頻電路做不做阻抗匹配也不會(huì)出現(xiàn)什么大問題。
在高頻領(lǐng)域,當(dāng)信號(hào)的波長(zhǎng)與傳輸線長(zhǎng)出于相同量級(jí)時(shí)反射的信號(hào)易與原信號(hào)混疊,影響信號(hào)質(zhì)量,通過阻抗匹配可有效減少 消除高頻信號(hào)反射。所以高頻電路一定要做阻抗匹配。
阻抗匹配基本原理
阻抗匹配是使微波電路或是系統(tǒng)的反射,載行波盡量接近行波狀態(tài)的技術(shù)措施。
阻抗匹配分為兩大類:
1、負(fù)載與傳輸線之間的阻抗匹配,使負(fù)載無反射。方法是接入匹配裝置使輸入阻抗和特性阻抗相等。
2、信號(hào)源與傳輸線之間匹配,分為兩種情況:
1)使信號(hào)源無反射,方法是接入信號(hào)源與傳輸線之間接入匹配裝置。
2)信號(hào)源共軛匹配,方法是信號(hào)源與被匹配電路之間接入匹配裝置,這種情況下多屬于有源電路設(shè)計(jì)。
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