1.概述

阻抗匹配（Impedance Matching）主要用于傳輸線上，以此來達到所有高速、高頻信號均能傳遞至負載點的目的，而且幾乎不會有信號反射回來源點，從而提升傳輸效益。對于不同特性的電路，匹配條件是不一樣的。在純電阻電路中，當負載電阻等于激勵源內阻時，則輸出功率為最大，這種工作狀態稱為匹配，否則稱為失配。

當激勵源內阻抗和負載阻抗含有電抗成份時，為使負載得到最大功率，負載阻抗與內阻必須滿足共扼關系，即電阻成份相等，電抗成份只數值相等而符號相反，這種匹配條件稱為共扼匹配。

2.阻抗匹配的重要性

阻抗匹配主要有兩點作用，調整負載功率和抑制信號反射。

● 調整負載功率

假定激勵源已定，那么負載的功率由兩者的阻抗匹配度決定。對于一個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，此時電路的阻抗來源主要為電阻。

● 抑制信號反射

當一束光從空氣射向水中時會發生反射，這是因為光和水的光導特性不同。同樣，當信號傳輸中如果傳輸線上發生特性阻抗突變也會發生反射。波長與頻率成反比，低頻信號的波長遠遠大于傳輸線的長度，因此一般不用考慮反射問題。高頻領域，當信號的波長與傳輸線長處于相同量級時反射的信號易與原信號混疊，影響信號質量。通過阻抗匹配可有效減少、消除高頻信號反射。

信號源與傳輸線之間的匹配，分為兩種情況，一種是信號源無反射，方法是接入信號源與傳輸線之間接入匹配裝置；另一種是信號共軛匹配，方法是信號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計。

如下圖所示，其最理想的模型是希望信號源Source端的輸出電阻為50歐姆，傳輸線的阻抗為50歐姆，負載Load端的輸入阻抗也是50歐姆。然而實際情況是源端阻抗不會是50歐姆，負載端阻抗也不會是50歐姆，這時候就需要若干個阻抗匹配電路。

3.阻抗匹配方式

● 串聯終端匹配

串行連接終端匹配技術是在源端的一種終端匹配技術，和其他類型的終端匹配技術不同。它是由連接在驅動器輸出端和信號線之間的一個電阻組成，驅動器輸出阻抗R?以及電阻R的和必須與信號線的特征阻抗匹配。

優點：

1.器件單一，只需要一個電阻元件；

2.抑制振鈴，減少過沖；

3.增強信號完整性，產生更小的EMI；

4.適用于集總線型負載和單一負載。

缺點：

1.接收端的反向反射依然存在；

2.影響信號上升時間并增加信號延時；

3.分布式負載不適用，因為在走線路徑的中間，電壓僅為源電壓的一半；

4.當TTL、CMOS器件出現在相同網絡時，串聯匹配不是最佳選擇。

● 并聯終端匹配

并聯終端匹配是最簡單的阻抗匹配技術, 通過一個電阻R將傳輸線的末端（可能是開路，也可能是負載）接到地或者接到VCC上，電阻的值必須同傳輸線的特征Z?阻抗匹配，以消除信號的反射。

優點：

1.器件單一，只需要一個電阻元件；

2.適用于分布式負載；

3.反射幾乎可以完全消除；

4.電阻阻值易于選擇。

缺點：

1.該電阻會增加系統電路的功耗；

2.降低了噪聲容限(比如將TTL輸出終端匹配到地會降低V??的電平值，從而降低接收器輸入端的抗噪聲能力)。

● 戴維南終端匹配

戴維南終端匹配技術也叫做雙終端匹配技術也就是雙電阻形式的并聯匹配，它采用兩個電阻R?和R?來實現終端匹配，要求的電流驅動能力比單電阻形式小，這是由于R?和R?的并聯值與傳輸線的特性阻抗相匹配，每個電阻都比傳輸線的特性阻抗大。

根據戴維南終端匹配設計規則，R?通過從VCC向負載注入電流來幫助驅動器更容易到達邏輯高狀態；R?幫助通過向地吸收電流來將驅動器下拉到邏輯低狀態。當R?和R?的并聯同信號線的特征阻抗Z?匹配時可以加強驅動器的扇出能力，并且減小由于信號占空比的變化導致的功耗的改變。

匹配設計規則：1.兩個電阻的并聯值必須與傳輸線的特性阻抗相等；2.與電源VCC連接的電阻不能太小。需保證驅動器的I??電流在驅動器的性能指標范圍內，以免信號為低電平時灌電流過大，損壞器件；3.與地連接的電阻不能太小，需保證驅動器的I??電流在驅動器的性能指標范圍以內，以免信號為高電平時拉電流過大，損壞器件。

優點：

1.終端匹配電阻采用上下拉的方式，有效抑制信號過沖；

2.信號擺幅降低，加強了系統的噪聲容限；

3.增強驅動器的驅動能力，在5V和3.3V的CMOS和BiCMOS的系統中顯得尤為有益。

缺點：

1.存在靜態直流功耗；

2.戴維南電壓接近于器件的開關閾值電壓，對于CMOS邏輯器件來說會導致更高的功耗。

RC終端匹配

RC終端匹配技術也稱之為AC終端匹配技術，它是由一個電阻R和一個電容C組成的，電阻R和電容C連接在傳輸線的負載一端。

RC終端匹配技術的優勢在于終端匹配電容阻斷了直流通路，因此節省了可觀的功率消耗，同時恰當地選取匹配電容的值，可以確保負載端的信號波形接近理想的方波，同時信號的過沖與下沖又都很小。

RC終端匹配技術的一個缺點是信號線上的數據可能出現時間上的抖動，這取決于在此之前的數據模式。

● 肖特基二極管終端匹配

肖特基二極管終端匹配技術也稱之為二極管終端匹配技術，由兩個肖特基二極管組成，此法不屬于阻抗匹配的思路，而是通過二極管的鉗位來減小過沖和下沖；傳輸線末端的信號反射，導致負載輸入端上的電壓升高超過VCC和二極管D1的正向偏值電壓，使得該二極管正向導通連接到VCC上，從而將信號的過沖嵌位在VCC和二極管的閾值電壓的和上，同樣，連接到地的二極管D2也可以將信號的下沖限制在二極管的正向偏置電壓上；因為二極管不會吸收任何的能量，僅僅只是將能量導向電源或者地，傳輸線上就會出現多次的信號反射。由于能量會通過二極管到電源和二極管到地的消耗，信號的反射會逐漸衰減，能量的損耗限制了信號反射的幅度，以維持信號的完整性。

4.阻抗匹配在PCB走線中的應用

高頻領域中，信號頻率對PCB走線的阻抗值影響非常大。一般來說當數字信號邊沿時間小于1ns或者模擬信號頻率超過100M時就要考慮阻抗問題。

PCB走線阻抗主要來自寄生的電容、電阻、電感系數，主要因素有材料介電常數、線寬、線厚乃至焊盤的厚度等。PCB 阻抗的范圍是25至120歐姆，USB、LVDS、HDMI、SATA、MIPI等一般要做85至100歐姆阻抗控制。