高频信号的阻抗匹配

 下面就结合自己收集到的相关资料仔细探讨一下这个电阻所涉及的一系列问题。阻抗匹配即负载阻抗与电源内阻抗或与传输线波阻抗之间的特定配合关系。分低频和高频两种情况。这里主要讲高频电路中的情况。

一、首先先介绍下高频电路中的反射问题。

        当信号的频率很高时,则信号的波长就很短,当波长短得跟传输线长度可以比拟时,反射信号叠加在原信号上将会改变原信号的形状。如果传输线的特征阻抗跟负载阻抗不匹配(相等)时,在负载端就会产生反射。低频电路中一般不考虑传输线的匹配问题,只考虑信号源跟负载之间的情况,因为低频信号的波长相对于传输线来说很长,传输线可以看成是“短线”,反射可以不考虑(可以这么理解:因为线短,即使反射回来,跟原信号还是一样的)。

二、如果阻抗不匹配会有什么不良后果呢?

        答案是:如果不匹配,则会形成反射,能量传递不过去,降低效率;会在传输线上形成驻波(简单的理解,就是有些地方信号强,有些地方信号弱),导致传输线的有效功率容量降低;功率发射不出去,甚至会损坏发射设备。如果是电路板上的高速信号线与负载阻抗不匹配时,会产生震荡,辐射干扰等。

         一种形象的解释:将信号传输看出软管浇花,一端被加压使其射出水柱,另一端接在水龙头,一旦加压过度(即传输线特征电阻比匹配),因为强力水压无处宣泄,就往来源反弹造成软管自水龙头上的挣脱,后果可想而知。

三、那怎么知道用不用加匹配电阻呢?

        其实速度快的器件不管频率高不高都应该加,反射和上升沿有关,一般走线长度大于上升沿传播的距离的六分之一就要加。假如信号是100M,而上升沿可能只有1~2ns(电路板上信号的传播速度并不是很多人想像的光速,它是跟介电常数有关的,表层微带还和线宽、介质厚度有关系,带状5.4inch/ns,微带7inch/ns)取20cm/ns,那么传播距离只有20到40cm所以超过5cm就应该匹配。

四、最后当然就是怎么去匹配的问题了

         1、匹配方式:

         常用的有串联匹配和并联匹配。串联匹配的理论出发点是在信号源端阻抗低于传输线特征阻抗的条件下,在信号的源端和传输线之间串接一个电阻R,使源端的输出阻抗与传输线的特征阻抗相匹配,抑制从负载端反射回来的信号再次反射。

         2、取值问题:

         选择串联匹配电阻值的原则很简单:要求匹配电阻与驱动输出器的阻抗之和和传输线的特征阻抗相等。并联匹配:电路系统中芯片的输入阻抗很高,所以并联电阻的电阻值必须与传输线特征阻抗相等或相近,且一般采用双电阻形式。

        常见的有22的或是33的,这是因为在射频领域,传输线通常是 50 Ohm 的,所以 33 Ohm 这个值比较合适,数字电路走线阻抗通常都在 75 - 100 Ohm 左右,这个电阻还可以大一些。

        3、位置问题:

        匹配电阻不光有取值的问题,更重要是位置的问题。如果是串联匹配,要靠近源

如果是并联匹配,要靠近负载。我们知道几乎所有器件都是低阻抗输出高祖抗输入,所以一般而言串连匹配电阻是在源端匹配,并联匹配是对终端的。一般总线都是采用源端匹配。