常常听说哪里哪里需要50欧姆、100欧姆的阻抗控制,但是拿来万用表一阵量,感觉好像各种线缆测量值都不大达标,一通抱怨。那么今天丙通MRO就来跟大家聊一聊什么是阻抗和阻抗如何匹配的问题。
什么是阻抗
简单来讲是指在具有电阻、电感和电容的电路里,对电路中的电流所起的阻碍作用的叫做阻抗,是表示电路阻碍电流通过能力的量,通常是复数,其数值与电流的频率有关,当电路组成时的阻抗,而且与频率无关。
如果电路中有这三种元件:电阻、电感和电容,那么总的阻抗Z不是一个固定的值,而是和信号频率有关系。如果感抗和容抗正好相等,整体上呈现纯电阻。如果感抗大于容抗,整体上则呈现感性,反之呈现容性。
为什么要做阻抗匹配
根据我们要达到的不同目的,阻抗匹配也可以有不同的理解。比如说一个直流或低频信号源,通过导线连至负载,如果我们的目的是让负载得到最大功率,在这种情况下,导线的电阻可以忽略,可以推导出,当负载的电阻和信号源内阻相等时,负载得到最大功率。
随着信号频率的升高,信号源内阻和负载的感抗和容抗开始无法忽略,此时如果想要在负载得到最大功率,需要内阻和负载的电阻相等,电抗大小相等且方向相反。即共轭匹配。
以上都是信号源频率比较低的情况,或者说信号波长远大于导线的情况。当频率继续升高,波长小到跟导线长度达到一个数量级,甚至波长小于导线长度,此时传输导线的阻抗就不能被忽略了。当然在这么高的频率,我们的目的一般不会是让负载得到最大功率,而是把信号源的波形,完美地传送到负载。高速数字电路设计中,我们通常说的是这种阻抗匹配,它的目的是防止信号反射,保持信号的完整性。
阻抗匹配四种处理方式
1、串联端接方式
靠近输出端的位置串联一个电阻,要达到匹配效果,串联电阻和驱动端输出阻抗的总和应等于传输线的特征阻抗Z0。
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。
2、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。
3、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。
4、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。
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