阻抗知識匯總詳解

1、阻抗目錄隱藏阻抗定義 耳機(jī)阻抗 阻抗匹配 輸入輸出阻抗 心理學(xué)的阻抗 zkàng 英文名稱：impedance 編輯本段阻抗定義在具有電阻、電感和電容的電路里，對交流電所起的阻礙作用叫做阻抗。阻抗常用Z表示.,是一個復(fù)數(shù),實(shí)部稱為電阻,虛部稱為電抗,其中電容在電路中對交流電所起的阻礙作用稱為容抗 ,電感在電路中對交流電所起的阻礙作用稱為感抗,電容和電感在電路中對交流電引起的阻礙作用總稱為電抗。 阻抗的單位是歐。在直流電中，物體對電流阻礙的作用叫做電阻，世界上所有的物質(zhì)都有電阻，只是電阻值的大小差異而已。電阻很小的物質(zhì)稱作良導(dǎo)體，如金屬等；電阻極大的物質(zhì)稱作絕緣體，如木頭和塑料等。還有

2、一種介于兩者之間的導(dǎo)體叫做半導(dǎo)體，而超導(dǎo)體則是一種電阻值等于零的物質(zhì)。但是在交流電的領(lǐng)域中則除了電阻會阻礙電流以外，電容及電感也會阻礙電流的流動，這種作用就稱之為電抗，意即抵抗電流的作用。電容及電感的電抗分別稱作電容抗及電感抗，簡稱容抗及感抗。它們的計量單位與電阻一樣是歐姆，而其值的大小則和交流電的頻率有關(guān)系，頻率愈高則容抗愈小感抗愈大，頻率愈低則容抗愈大而感抗愈小。此外電容抗和電感抗還有相位角度的問題，具有向量上的關(guān)系式，因此才會說：阻抗是電阻與電抗在向量上的和。對于一個具體電路，阻抗不是不變的，而是隨著頻率變化而變化。在電阻、電感和電容串聯(lián)電路中，電路的阻抗一般來說比電阻大。也就是阻抗減小

3、到最小值。在電感和電容并聯(lián)電路中，諧振的時候阻抗增加到最大值，這和串聯(lián)電路相反。在音響器材中，擴(kuò)音機(jī)與喇叭的阻抗多設(shè)計為8歐姆，因?yàn)樵谶@個阻抗值下，機(jī)器有最佳的工作狀態(tài)。其實(shí)喇叭的阻抗是隨著頻率高低的不同而變動的，喇叭規(guī)格中所標(biāo)示的通常是一個大略的平均值，現(xiàn)在市面上的產(chǎn)品大都是四歐姆、六歐姆或八歐姆。 編輯本段耳機(jī)阻抗耳機(jī)的阻抗是其交流阻抗的簡稱，單位為歐姆()。一般來說，阻抗越小，耳機(jī)就越容易出聲、 阻抗耳機(jī)越容易驅(qū)動。耳機(jī)的阻抗是隨其所重放的音頻信號的頻率而改變的，一般耳機(jī)阻抗在低頻最大，因此對低頻的衰減要小于高頻的；對大多數(shù)耳機(jī)而言，增大輸出阻抗會使聲音更暗更混(此時功放對耳機(jī)驅(qū)動單元的

4、控制也會變?nèi)?，但某些耳機(jī)卻需要在高阻抗下才更好聽。如果耳機(jī)聲音尖銳刺耳，可以考慮增大耳機(jī)插孔的有效輸出阻抗；如果耳機(jī)聲音暗淡渾濁，并且是通過功率放大器驅(qū)動的，則可以考慮減小有效輸出電阻。不同阻抗的耳機(jī)主要用于不同的場合，在臺式機(jī)或功放、VCD、DVD、電視等設(shè)備上，常用到的是高阻抗耳機(jī)，有些專業(yè)耳機(jī)阻抗甚至?xí)?00歐姆以上，這是為了與專業(yè)機(jī)上的耳機(jī)插口匹配，此時如果使用低阻抗耳機(jī)，一定先要把音量調(diào)低再插上耳機(jī)，再一點(diǎn)點(diǎn)把音量調(diào)上去，防止耳機(jī)過載將耳機(jī)燒壞或是音圈變形錯位造成破音。而對于各種便攜式隨身聽，例如CD、MD或MP3，一般會使用低阻抗耳機(jī)(通常都在50歐姆以下)，這是因?yàn)檫@些低阻抗

5、耳機(jī)比較容易驅(qū)動，同時還要注意靈敏度要高，對隨身聽、MP3來說靈敏度指標(biāo)更加重要。當(dāng)然，阻抗越高的耳機(jī)搭配輸出功率大的音源時聲音效果更好。 編輯本段阻抗匹配什么是阻抗匹配以及為什么要阻抗匹配阻抗匹配在高頻設(shè)計中是一個常用的概念，這篇文章對這個“阻抗匹配”進(jìn)行了比較好的解析?；卮鹆耸裁词亲杩蛊ヅ?。阻抗匹配（Impedance matching）是微波電子學(xué)里的一部分，主要用于傳輸線上，來達(dá)至所有高頻的微波信號皆能傳至負(fù)載點(diǎn)的目的，不會有信號反射回來源點(diǎn)，從而提升能源效益。 大體上，阻抗匹配有兩種，一種是透過改變阻抗力（lumped-circuit matching），另一種則是調(diào)整傳輸線的波長（

6、transmission line matching）。 要匹配一組線路，首先把負(fù)載點(diǎn)的阻抗值，除以傳輸線的特性阻抗值來歸一化，然后把數(shù)值劃在史密夫圖表上。 改變阻抗力 把電容或電感與負(fù)載串聯(lián)起來，即可增加或減少負(fù)載的阻抗值，在圖表上的點(diǎn)會沿著代表實(shí)數(shù)電阻的圓圈走動。如果把電容或電感接地，首先圖表上的點(diǎn)會以圖中心旋轉(zhuǎn)180度，然后才沿電阻圈走動，再沿中心旋轉(zhuǎn)180度。重覆以上方法直至電阻值變成1，即可直接把阻抗力變?yōu)榱阃瓿善ヅ洹?調(diào)整傳輸線 由負(fù)載點(diǎn)至來源點(diǎn)加長傳輸線，在圖表上的圓點(diǎn)會沿著圖中心以逆時針方向走動，直至走到電阻值為1的圓圈上，即可加電容或電感把阻抗力調(diào)整為零，完成匹配 。阻抗匹配

7、則傳輸功率大，對于一個電源來講，單它的內(nèi)阻等于負(fù)載時，輸出功率最大，此時阻抗匹配。最大功率傳輸定理，如果是高頻的話，就是無反射波。對于普通的寬頻放大器，輸出阻抗50，功率傳輸電路中需要考慮阻抗匹配，可是如果信號波長遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電纜長度，即纜長可以忽略的話，就無須考慮阻抗匹配了。阻抗匹配是指在能量傳輸時,要求負(fù)載阻抗要和傳輸線的特征阻抗相等,此時的傳輸不會產(chǎn)生反射，這表明所有能量都被負(fù)載吸收了。反之則在傳輸中有能量損失。高速 PCB布線時，為了防止信號的反射，要求是線路的阻抗為50歐姆。這是個大約的數(shù)字，一般規(guī)定同軸電纜基帶50歐姆，頻帶75歐姆，對絞線則為100歐姆，只是取個整而已,為了匹配方便。

8、阻抗從字面上看就與電阻不一樣，其中只有一個阻字是相同的，而另一個抗字呢？簡單地說，阻抗就是電阻加電抗，所以才叫阻抗；周延一點(diǎn)地說，阻抗就是電阻、電容抗及電感抗在向量上的和。在直流電的世界中，物體對電流阻礙的作用叫做電阻，世界上所有的物質(zhì)都有電阻，只是電阻值的大小差異而已。電阻小的物質(zhì)稱作良導(dǎo)體，電阻很大的物質(zhì)稱作非導(dǎo)體，而最近在高科技領(lǐng)域中稱的超導(dǎo)體，則是一種電阻值幾近于零的東西。但是在交流電的領(lǐng)域中則除了電阻會阻礙電流以外，電容及電感也會阻礙電流的流動，這種作用就稱之為電抗，意即抵抗電流的作用。電容及電感的電抗分別稱作電容抗及電感抗，簡稱容抗及感抗。它們的計量單位與電阻一樣是奧姆，而其值的大

9、小則和交流電的頻率有關(guān)系，頻率愈高則容抗愈小感抗愈大，頻率愈低則容抗愈大而感抗愈小。此外電容抗和電感抗還有相位角度的問題，具有向量上的關(guān)系式，因此才會說：阻抗是電阻與電抗在向量上的和。 阻抗匹配是指負(fù)載阻抗與激勵源內(nèi)部阻抗互相適配，得到最大功率輸出的一種工作狀態(tài)。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(dāng)負(fù)載電阻等于激勵源內(nèi)阻時，則輸出功率為最大，這種工作狀態(tài)稱為匹配，否則稱為失配。 當(dāng)激勵源內(nèi)阻抗和負(fù)載阻抗含有電抗成份時，為使負(fù)載得到最大功率，負(fù)載阻抗與內(nèi)阻必須滿足共扼關(guān)系，即電阻成份相等，電抗成份只數(shù)值相等而符號相反。這種匹配條件稱為共扼匹配。 一、阻抗匹配的研究 在高速

10、的設(shè)計中，阻抗的匹配與否關(guān)系到信號的質(zhì)量優(yōu)劣。阻抗匹配的技術(shù)可以說是豐富多樣，但是在具體的系統(tǒng)中怎樣才能比較合理的應(yīng)用，需要衡量多個方面的因素。例如我們在系統(tǒng)中設(shè)計中，很多采用的都是源段的串連匹配。對于什么情況下需要匹配，采用什么方式的匹配，為什么采用這種方式。 例如：差分的匹配多數(shù)采用終端的匹配；時鐘采用源段匹配； 1、 串聯(lián)終端匹配 串聯(lián)終端匹配的理論出發(fā)點(diǎn)是在信號源端阻抗低于傳輸線特征阻抗的條件下，在信號的源端和傳輸線之間串接一個電阻R，使源端的輸出阻抗與傳輸線的特征阻抗相匹配，抑制從負(fù)載端反射回來的信號發(fā)生再次反射. 串聯(lián)終端匹配后的信號傳輸具有以下特點(diǎn)： A 由于串聯(lián)匹配電阻的作用，

11、驅(qū)動信號傳播時以其幅度的50向負(fù)載端傳播； B 信號在負(fù)載端的反射系數(shù)接近1，因此反射信號的幅度接近原始信號幅度的50。 C 反射信號與源端傳播的信號疊加，使負(fù)載端接受到的信號與原始信號的幅度近似相同； D 負(fù)載端反射信號向源端傳播，到達(dá)源端后被匹配電阻吸收； E 反射信號到達(dá)源端后，源端驅(qū)動電流降為0，直到下一次信號傳輸。 相對并聯(lián)匹配來說，串聯(lián)匹配不要求信號驅(qū)動器具有很大的電流驅(qū)動能力。 選擇串聯(lián)終端匹配電阻值的原則很簡單，就是要求匹配電阻值與驅(qū)動器的輸出阻抗之和與傳輸線的特征阻抗相等。理想的信號驅(qū)動器的輸出阻抗為零，實(shí)際的驅(qū)動器總是有比較小的輸出阻抗，而且在信號的電平發(fā)生變化時，輸出阻抗

12、可能不同。比如電源電壓為4.5V的CMOS驅(qū)動器，在低電平時典型的輸出阻抗為 37，在高電平時典型的輸出阻抗為454；TTL驅(qū)動器和CMOS驅(qū)動一樣，其輸出阻抗會隨信號的電平大小變化而變化。因此，對TTL或CMOS 電路來說，不可能有十分正確的匹配電阻，只能折中考慮。 鏈狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的信號網(wǎng)路不適合使用串聯(lián)終端匹配，所有的負(fù)載必須接到傳輸線的末端。否則，接到傳輸線中間的負(fù)載接受到的波形就會象圖3.2.5中C點(diǎn)的電壓波形一樣?？梢钥闯觯幸欢螘r間負(fù)載端信號幅度為原始信號幅度的一半。顯然這時候信號處在不定邏輯狀態(tài)，信號的噪聲容限很低。 串聯(lián)匹配是最常用的終端匹配方法。它的優(yōu)點(diǎn)是功耗小，不會給驅(qū)動器帶

13、來額外的直流負(fù)載，也不會在信號和地之間引入額外的阻抗；而且只需要一個電阻元件。2、 并聯(lián)終端匹配 并聯(lián)終端匹配的理論出發(fā)點(diǎn)是在信號源端阻抗很大的情況下，通過增加并聯(lián)電阻使負(fù)載端輸入阻抗與傳輸線的特征阻抗相匹配，達(dá)到消除負(fù)載端反射的目的。實(shí)現(xiàn)形式分為單電阻和雙電阻兩種形式。 并聯(lián)終端匹配后的信號傳輸具有以下特點(diǎn)： A 驅(qū)動信號近似以滿幅度沿傳輸線傳播； B 所有的反射都被匹配電阻吸收； C 負(fù)載端接受到的信號幅度與源端發(fā)送的信號幅度近似相同。 在實(shí)際的電路系統(tǒng)中，芯片的輸入阻抗很高，因此對單電阻形式來說，負(fù)載端的并聯(lián)電阻值必須與傳輸線的特征阻抗相近或相等。假定傳輸線的特征阻抗為50，則R值為50

14、。如果信號的高電平為5V，則信號的靜態(tài)電流將達(dá)到100mA。由于典型的TTL或CMOS電路的驅(qū)動能力很小，這種單電阻的并聯(lián)匹配方式很少出現(xiàn)在這些電路中。 雙電阻形式的并聯(lián)匹配，也被稱作戴維南終端匹配，要求的電流驅(qū)動能力比單電阻形式小。這是因?yàn)閮呻娮璧牟⒙?lián)值與傳輸線的特征阻抗相匹配，每個電阻都比傳輸線的特征阻抗大?？紤]到芯片的驅(qū)動能力，兩個電阻值的選擇必須遵循三個原則： 兩電阻的并聯(lián)值與傳輸線的特征阻抗相等； 與電源連接的電阻值不能太小，以免信號為低電平時驅(qū)動電流過大； 與地連接的電阻值不能太小，以免信號為高電平時驅(qū)動電流過大。 并聯(lián)終端匹配優(yōu)點(diǎn)是簡單易行；顯而易見的缺點(diǎn)是會帶來直流功耗：單電阻

15、方式的直流功耗與信號的占空比緊密相關(guān)？；雙電阻方式則無論信號是高電平還是低電平都有直流功耗。因而不適用于電池供電系統(tǒng)等對功耗要求高的系統(tǒng)。另外，單電阻方式由于驅(qū)動能力問題在一般的TTL、CMOS系統(tǒng)中沒有應(yīng)用，而雙電阻方式需要兩個元件，這就對PCB的板面積提出了要求，因此不適合用于高密度印刷電路板。 當(dāng)然還有：AC終端匹配； 基于二極管的電壓鉗位等匹配方式。 二 、將訊號的傳輸看成軟管送水澆花 2.1 數(shù)位系統(tǒng)之多層板訊號線（Signal Line）中，當(dāng)出現(xiàn)方波訊號的傳輸時，可將之假想成為軟管（hose）送水澆花。一端于手握處加壓使其射出水柱，另一端接在水龍頭。當(dāng)握管處所施壓的力道恰好，而讓

16、水柱的射程正確灑落在目標(biāo)區(qū)時，則施與受兩者皆歡而順利完成使命，豈非一種得心應(yīng)手的小小成就？ 2.2 然而一旦用力過度水注射程太遠(yuǎn)，不但騰空越過目標(biāo)浪費(fèi)水資源，甚至還可能因強(qiáng)力水壓無處宣泄，以致往來源反彈造成軟管自龍頭上的掙脫!不僅任務(wù)失敗橫生挫折，而且還大捅紕漏滿臉豆花呢！ 2.3 反之，當(dāng)握處之?dāng)D壓不足以致射程太近者，則照樣得不到想要的結(jié)果。過猶不及皆非所欲，唯有恰到好處才能正中下懷皆大歡喜。 2.4 上述簡單的生活細(xì)節(jié)，正可用以說明方波（Square Wave）訊號（Signal）在多層板傳輸線（Transmission Line，系由訊號線、介質(zhì)層、及接地層三者所共同組成）中所進(jìn)行的快速

17、傳送。此時可將傳輸線（常見者有同軸電纜Coaxial Cable，與微帶線Microstrip Line或帶線Strip Line等）看成軟管，而握管處所施加的壓力，就好比板面上“接受端”（Receiver）元件所并聯(lián)到Gnd的電阻器一般，可用以調(diào)節(jié)其終點(diǎn)的特性阻抗（Characteristic Impedance），使匹配接受端元件內(nèi)部的需求。 三. 傳輸線之終端控管技術(shù)（Termination） 3.1 由上可知當(dāng)“訊號”在傳輸線中飛馳旅行而到達(dá)終點(diǎn)，欲進(jìn)入接受元件（如CPU或Meomery等大小不同的IC）中工作時，則該訊號線本身所具備的“特性阻抗”，必須要與終端元件內(nèi)部的電子阻抗相互匹

18、配才行，如此才不致任務(wù)失敗白忙一場。用術(shù)語說就是正確執(zhí)行指令，減少雜訊干擾，避免錯誤動作”。一旦彼此未能匹配時，則必將會有少許能量回頭朝向“發(fā)送端”反彈，進(jìn)而形成反射雜訊（Noise）的煩惱。 3.2 當(dāng)傳輸線本身的特性阻抗（Z0）被設(shè)計者訂定為28ohm時，則終端控管的接地的電阻器（Zt）也必須是28ohm，如此才能協(xié)助傳輸線對Z0的保持，使整體得以穩(wěn)定在28 ohm的設(shè)計數(shù)值。也唯有在此種Z0=Zt的匹配情形下，訊號的傳輸才會最具效率，其“訊號完整性”（Signal Integrity，為訊號品質(zhì)之專用術(shù)語）也才最好。 四、特性阻抗（Characteristic Impedance）4.1

19、 當(dāng)某訊號方波，在傳輸線組合體的訊號線中，以高準(zhǔn)位（High Level）的正壓訊號向前推進(jìn)時，則距其最近的參考層（如接地層）中，理論上必有被該電場所感應(yīng)出來的負(fù)壓訊號伴隨前行（等于正壓訊號反向的回歸路徑 Return Path），如此將可完成整體性的回路（Loop）系統(tǒng)。該“訊號”前行中若將其飛行時間暫短加以凍結(jié)，即可想象其所遭受到來自訊號線、介質(zhì)層與參考層等所共同呈現(xiàn)的瞬間阻抗值（Instantanious Impedance），此即所謂的“特性阻抗”。是故該“特性阻抗”應(yīng)與訊號線之線寬（w）、線厚（t）、介質(zhì)厚度（h）與介質(zhì)常數(shù)（Dk）都扯上了關(guān)系。4.2 阻抗匹配不良的后果由于高頻訊號

20、的“特性阻抗”（Z0）原詞甚長，故一般均簡稱之為“阻抗”。讀者千萬要小心，此與低頻AC交流電（60Hz）其電線（并非傳輸線）中，所出現(xiàn)的阻抗值（Z）并不完全相同。數(shù)位系統(tǒng)當(dāng)整條傳輸線的Z0都能管理妥善，而控制在某一范圍內(nèi)（±10或 ±5）者，此品質(zhì)良好的傳輸線，將可使得雜訊減少，而誤動作也可避免。但當(dāng)上述微帶線中Z0的四種變數(shù)（w、t、h、 r）有任一項發(fā)生異常，例如訊號線出現(xiàn)缺口時，將使得原來的Z0突然上升（見上述公式中之Z0與W成反比的事實(shí)），而無法繼續(xù)維持應(yīng)有的穩(wěn)定均勻（Continuous）時，則其訊號的能量必然會發(fā)生部分前進(jìn)，而部分卻反彈反射的缺失。如此將無法避免

21、雜訊及誤動作了。例如澆花的軟管突然被踩住，造成軟管兩端都出現(xiàn)異常，正好可說明上述特性阻抗匹配不良的問題。 4.3 阻抗匹配不良造成雜訊。上述部分訊號能量的反彈，將造成原來良好品質(zhì)的方波訊號，立即出現(xiàn)異常的變形（即發(fā)生高準(zhǔn)位向上的Overshoot，與低準(zhǔn)位向下的Undershoot，以及二者后續(xù)的Ringing）。此等高頻雜訊嚴(yán)重時還會引發(fā)誤動作，而且當(dāng)時脈速度愈快時雜訊愈多也愈容易出錯。那么是否什么時候都要考慮阻抗匹配？在普通的寬頻帶放大器中，因?yàn)檩敵鲎杩篂?0，所以需要考慮在功率傳輸電路中進(jìn)行阻抗匹配。但是，實(shí)際上當(dāng)電纜的長度對于信號的波長來說可以忽略不計時，就勿需阻抗匹配的。 考慮信號頻

22、率為1MHz，其波長在空氣中為300m，在同軸電纜中約為200m。在通常使用的長度為1m左右的同軸電纜中，是在完全可忽略的范圍之內(nèi)。 編輯本段輸入輸出阻抗 一、輸入阻抗輸入阻抗是指一個電路輸入端的等效阻抗。在輸入端上加上一個電壓源U，測量輸入端的電流I，則輸入阻抗Rin就是U/I。你可以把輸入端想象成一個電阻的兩端，這個電阻的阻值，就是輸入阻抗。 電機(jī)轉(zhuǎn)子交流阻抗測試儀輸入阻抗跟一個普通的電抗元件沒什么兩樣，它反映了對電流阻礙作用的大小。對于電壓驅(qū)動的電路，輸入阻抗越大，則對電壓源的負(fù)載就越輕，因而就越容易驅(qū)動，也不會對信號源有影響；而對于電流驅(qū)動型的電路，輸入阻抗越小，則對電流源的負(fù)載就越輕

23、。因此，我們可以這樣認(rèn)為：如果是用電壓源來驅(qū)動的，則輸入阻抗越大越好；如果是用電流源來驅(qū)動的，則阻抗越小越好（注：只適合于低頻電路，在高頻電路中，還要考慮阻抗匹配問題。）另外如果要獲取最大輸出功率時，也要考慮阻抗匹配問題。二、輸出阻抗無論信號源或放大器還有電源，都有輸出阻抗的問題。輸出阻抗就是一個信號源的內(nèi)阻。本來，對于一個理想的電壓源（包括電源），內(nèi)阻應(yīng)該為0，或理想電流源的阻抗應(yīng)當(dāng)為無窮大。輸出阻抗在電路設(shè)計最特別需要注意。但現(xiàn)實(shí)中的電壓源，則不能做到這一點(diǎn)。我們常用一個理想電壓源串聯(lián)一個電阻r的方式來等效一個實(shí)際的電壓源。這個跟理想電壓源串聯(lián)的電阻r，就是（信號源/放大器輸出/電源）的內(nèi)

24、阻了。當(dāng)這個電壓源給負(fù)載供電時，就會有電流I從這個負(fù)載上流過，并在這個電阻上產(chǎn)生I×r的電壓降。這將導(dǎo)致電源輸出電壓的下降，從而限制了最大輸出功率（關(guān)于為什么會限制最大輸出功率，請看后面的“阻抗匹配”一問）。同樣的，一個理想的電流源，輸出阻抗應(yīng)該是無窮大，但實(shí)際的電路是不可能的。三、阻抗匹配阻抗匹配是指信號源或者傳輸線跟負(fù)載之間的一種合適的搭配方式。阻抗匹配分為低頻和高頻兩種情況討論。 我們先從直流電壓源驅(qū)動一個負(fù)載入手。由于實(shí)際的電壓源，總是有內(nèi)阻的（請參看輸出阻抗一問），我們可以把一個實(shí)際電壓源，等效成一個理想的電壓源跟一個電阻r串聯(lián)的模型。假設(shè)負(fù)載電阻為R，電源電動勢為U，內(nèi)阻

25、為r，那么我們可以計算出流過電阻R的電流為：I=U/(R+r)，可以看出，負(fù)載電阻R越小，則輸出電流越大。負(fù)載R上的電壓為：Uo=IR=U/1+(r/R)，可以看出，負(fù)載電阻R越大，則輸出電壓Uo越高。再來計算一下電阻R消耗的功率為： P=I2×R=U/(R+r)2×R=U2×R/(R2+2×R×r+r2) =U2×R/(R-r)2+4×R×r =U2/(R-r)2/R+4×r 對于一個給定的信號源，其內(nèi)阻r是固定的，而負(fù)載電阻R則是由我們來選擇的。注意式中(R-r)2/R，當(dāng)R=r時，(R-r)2/R可

26、取得最小值0，這時負(fù)載電阻R上可獲得最大輸出功率Pmax=U2/(4×r)。即，當(dāng)負(fù)載電阻跟信號源內(nèi)阻相等時，負(fù)載可獲得最大輸出功率，這就是我們常說的阻抗匹配之一。對于純電阻電路，此結(jié)論同樣適用于低頻電路及高頻電路。當(dāng)交流電路中含有容性或感性阻抗時，結(jié)論有所改變，就是需要信號源與負(fù)載阻抗的的實(shí)部相等，虛部互為相反數(shù)，這叫做共扼匹配。在低頻電路中，我們一般不考慮傳輸線的匹配問題，只考慮信號源跟負(fù)載之間的情況，因?yàn)榈皖l信號的波長相對于傳輸線來說很長，傳輸線可以看成是“短線”，反射可以不考慮（可以這么理解：因?yàn)榫€短，即使反射回來，跟原信號還是一樣的）。從以上分析我們可以得出結(jié)論：如果我們需

27、要輸出電流大，則選擇小的負(fù)載R；如果我們需要輸出電壓大，則選擇大的負(fù)載R；如果我們需要輸出功率最大，則選擇跟信號源內(nèi)阻匹配的電阻R。有時阻抗不匹配還有另外一層意思，例如一些儀器輸出端是在特定的負(fù)載條件下設(shè)計的，如果負(fù)載條件改變了，則可能達(dá)不到原來的性能，這時我們也會叫做阻抗失配。在高頻電路中，我們還必須考慮反射的問題。當(dāng)信號的頻率很高時，則信號的波長就很短，當(dāng)波長短得跟傳輸線長度可以比擬時，反射信號疊加在原信號上將會改變原信號的形狀。如果傳輸線的特征阻抗跟負(fù)載阻抗不相等（即不匹配）時，在負(fù)載端就會產(chǎn)生反射。為什么阻抗不匹配時會產(chǎn)生反射以及特征阻抗的求解方法，牽涉到二階偏微分方程的求解，在這里我

28、們不細(xì)說了，有興趣的可參看電磁場與微波方面書籍中的傳輸線理論。傳輸線的特征阻抗（也叫做特性阻抗）是由傳輸線的結(jié)構(gòu)以及材料決定的，而與傳輸線的長度，以及信號的幅度、頻率等均無關(guān)。例如，常用的閉路電視同軸電纜特性阻抗為75，而一些射頻設(shè)備上則常用特征阻抗為50的同軸電纜。另外還有一種常見的傳輸線是特性阻抗為300的扁平平行線，這在農(nóng)村使用的電視天線架上比較常見，用來做八木天線的饋線。因?yàn)殡娨暀C(jī)的射頻輸入端輸入阻抗為75，所以300的饋線將與其不能匹配。實(shí)際中是如何解決這個問題的呢？不知道大家有沒有留意到，電視機(jī)的附件中，有一個300到75的阻抗轉(zhuǎn)換器（一個塑料封裝的，一端有一個圓形的插頭的那個東東

29、，大概有兩個大拇指那么大）。它里面其實(shí)就是一個傳輸線變壓器，將300的阻抗，變換成75的，這樣就可以匹配起來了。這里需要強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)的是，特性阻抗跟我們通常理解的電阻不是一個概念，它與傳輸線的長度無關(guān)，也不能通過使用歐姆表來測量。為了不產(chǎn)生反射，負(fù)載阻抗跟傳輸線的特征阻抗應(yīng)該相等，這就是傳輸線的阻抗匹配，如果阻抗不匹配會有什么不良后果呢？如果不匹配，則會形成反射，能量傳遞不過去，降低效率；會在傳輸線上形成駐波（簡單的理解，就是有些地方信號強(qiáng)，有些地方信號弱），導(dǎo)致傳輸線的有效功率容量降低；功率發(fā)射不出去，甚至?xí)p壞發(fā)射設(shè)備。如果是電路板上的高速信號線與負(fù)載阻抗不匹配時，會產(chǎn)生震蕩，輻射干擾等。當(dāng)阻

30、抗不匹配時，有哪些辦法讓它匹配呢？第一，可以考慮使用變壓器來做阻抗轉(zhuǎn)換，就像上面所說的電視機(jī)中的那個例子那樣。第二，可以考慮使用串聯(lián)/并聯(lián)電容或電感的辦法，這在調(diào)試射頻電路時常使用。第三，可以考慮使用串聯(lián)/并聯(lián)電阻的辦法。一些驅(qū)動器的阻抗比較低，可以串聯(lián)一個合適的電阻來跟傳輸線匹配，例如高速信號線，有時會串聯(lián)一個幾十歐的電阻。而一些接收器的輸入阻抗則比較高，可以使用并聯(lián)電阻的方法，來跟傳輸線匹配，例如，485總線接收器，常在數(shù)據(jù)線終端并聯(lián)120歐的匹配電阻。為了幫助大家理解阻抗不匹配時的反射問題，我來舉兩個例子：假設(shè)你在練習(xí)拳擊打沙包。如果是一個重量合適的、硬度合適的沙包，你打上去會感覺很舒服

31、。但是，如果哪一天我把沙包做了手腳，例如，里面換成了鐵沙，你還是用以前的力打上去，你的手可能就會受不了了這就是負(fù)載過重的情況，會產(chǎn)生很大的反彈力。相反，如果我把里面換成了很輕很輕的東西，你一出拳，則可能會撲空，手也可能會受不了這就是負(fù)載過輕的情況。另一個例子，不知道大家有沒有過這樣的經(jīng)歷：就是看不清樓梯時上/下樓梯，當(dāng)你以為還有樓梯時，就會出現(xiàn)“負(fù)載不匹配”這樣的感覺了。當(dāng)然，也許這樣的例子不太恰當(dāng)，但我們可以拿它來理解負(fù)載不匹配時的反射情況。 編輯本段心理學(xué)的阻抗阻抗的表現(xiàn)阻抗是深入咨詢時必然伴隨的現(xiàn)象。只要進(jìn)行深入的心理咨詢,只要觸及內(nèi)心情感的心理治療,咨詢師都會遇到咨客不同程度的阻抗.所

32、以對阻抗的處理是咨詢師必須面對的事情，也可以說從對阻抗處理的表現(xiàn)可看出咨詢師的咨詢成熟度.如果一名咨詢師對阻抗沒有應(yīng)有的認(rèn)識和相應(yīng)的處理方法,那么深入的咨詢過程就會舉步為艱,甚至?xí)o不成熟的咨詢員帶來對咨詢的灰暗心理，從而懷疑心理咨詢和治療.有些咨詢員因?qū)ψ杩宫F(xiàn)象沒有把握而與咨客進(jìn)行辯論,當(dāng)然這注定會兩敗俱傷.那么阻抗以什么形式來表現(xiàn)?這些表現(xiàn)為什么會產(chǎn)生?對此我們做一些初步的探討. 只要深入地去探索就會發(fā)現(xiàn),阻抗是對原有自己的“堅持”。咨客急于得到癥狀的解決,但又不愿放棄癥狀背后的一些癥結(jié),這是阻抗存在的重要原因之一。當(dāng)直接的阻抗一點(diǎn)一點(diǎn)被解決后,咨客又會以移情的方式來迂回地進(jìn)行阻抗.所以說

33、，咨詢的核心問題就是處理阻抗和移情的過程，一名咨詢師必須熟練地掌握臨床知識和技巧才能更好地解決這一“核心問題”。阻抗的基本表現(xiàn)方式;一，不主動 這種不主動表現(xiàn)為： 咨客表面上表現(xiàn)得有耐心，背后卻把咨詢員的分析當(dāng)作“耳旁風(fēng)”。有些時候他們表面上也并不積極,只是口頭上說自己被病魔折磨得很厲害,需要盡快解決.或者有些時候他們認(rèn)為醫(yī)生說的一些話合乎自己的意愿，對醫(yī)生表示感謝的同時，似乎對此次咨詢有不少體會.可等到下一次見面時，他們對上一次醫(yī)生提出的很多建議卻已遺忘了一大半.每次咨詢以后，他們似乎都會領(lǐng)悟很多，但自己就是不愿主動去實(shí)現(xiàn)。有時候，在家長的反復(fù)督促下他們才會勉強(qiáng)做一些.有些咨客甚至稍有好轉(zhuǎn)就

34、不按時來咨詢，他們會忘記咨詢時間或遲到.以上這些現(xiàn)象其實(shí)與他們的治療欲望是不成正比的，即使有些時候給咨詢師的感覺是他們看似不是真心想把病治好。事實(shí)上，咨客之所以會給人以這樣的感覺，是因?yàn)榘Y狀里有太多他們留戀的東西，如果癥狀真的完全消失，將意味著這些“好處”也隨之消失。所以，為了保留這些“好處”他們惟有以保留一些癥狀作為代價。（當(dāng)強(qiáng)迫癥患者與自己的強(qiáng)迫行為很和諧的時候,治療過程更是艱難。） 二，反復(fù)訴苦 這種表現(xiàn)多見于心理治療中。當(dāng)咨客見到咨詢師的時候總感覺有滿肚子話要講，他們會反復(fù)傾訴自己的那些癥狀.可當(dāng)咨詢師問到他們的一些問題時他們又常常閉口不談,或則回避醫(yī)生的提問,依然說回他們的那些苦惱.

35、他們急切地希望醫(yī)生快些把病治好,總認(rèn)為醫(yī)生的很多"忠告"都是多余的。有些病人雖然口頭上同意咨詢師的解釋，但不一會兒,又重復(fù)敘述他們的苦楚.有些咨客甚至認(rèn)為"醫(yī)生的耐心是對他們疾病的不報希望"。他們只想讓醫(yī)生回答自己一個問題就夠了："你說怎么辦我才能盡早好"。給人的感覺是,他們陷入"痛苦的邏輯"不能自拔,他們總以訴苦的方式來阻止醫(yī)生的解釋,不讓醫(yī)生觸及他們心理的禁區(qū). 三，要求“靈丹妙藥”有些強(qiáng)迫癥患者,訴說強(qiáng)迫癥如何折磨她.迫切地希望醫(yī)生給他們開出“靈丹妙藥”或“特效藥”，或則要求咨詢師告訴他們一些具體辦法來有效地

36、對抗癥狀,有時干脆就說"您給我拿主意,我該怎么辦",有些視恐癥咨客甚至要求咨詢師給他們一個"大膽"去處理自己的問題.當(dāng)咨詢師告訴咨客:那些癥狀只控制是不行的,需要你深入思考自己癥結(jié)的根源，重新?lián)碛谐墒斓膽B(tài)度去面對它,那些癥狀就會自然消失.對此他們常常不以為然,堅持要求醫(yī)生給他們具體辦法而自己不愿多去思考.給人的感覺是：他們不愿尋求真正的病因，不想“根治”他們的病。四，為癥狀辯論 當(dāng)一名強(qiáng)迫癥患者懇求咨詢師治好自己的"病"時,咨詢師會指出他的癥狀的幼稚性和他對一些問題的回避性，并要求他放棄。這時，他會“狡辯”說這些癥狀是有用的.當(dāng)一名咨

37、客反復(fù)訴說自己的苦惱來自無窮盡的思考并要求我給予幫助時,我回答說"你說的這些沒有意義,應(yīng)該把（自己的）精力放在有用的地方",她會立即反駁道"我想的是很有意義的事情,為什么要放棄?"-他們?nèi)歼M(jìn)入了一個既要求幫助擺脫癥狀,又不愿舍棄癥狀的怪圈.我習(xí)慣把這個怪圈說成"陀螺現(xiàn)象"。進(jìn)入"自我陀螺"里的人有著旺盛的精力去思考他們認(rèn)為有意義的事情,我們不得不驚訝于他們精力的旺盛.但當(dāng)咨詢師把事情的原由解釋給他們的時候,他們又以"萬一不是這樣"來否定咨詢師的分析和建議,他們總是有很多"萬一&quo

38、t;來支持自己的合理性。當(dāng)他們實(shí)在沒有更好的話來反駁咨詢師的建議時，又會以"咨詢師也是人,再權(quán)威也有局限性的,再說很多的問題在科學(xué)上還沒有發(fā)現(xiàn)"來繼續(xù)支持他們所做事情的合理性.似乎他們所做的事情一旦遭到否定而被迫停止下來，整個生命就將失去意義。他們這樣做給咨詢師的感覺是:他們來咨詢的目的并不是想改變自己原來的問題,而是企圖從咨詢師那里得到對自己所做一切事情的肯定.他們反復(fù)在人生的道理上與咨詢員進(jìn)行辯論的最終目的也就是“戰(zhàn)勝”咨詢師，以此來肯定自己的所做所為。他們似乎不像是來自詢的,更像是來做學(xué)術(shù)討論的.當(dāng)我問到一個反復(fù)思考生活意義的三十多歲的咨客:“你為什么想的這么詳細(xì),你

39、不覺得沒有意義嗎?”的時候，他會回答說:“我是學(xué)理科的,我喜歡科學(xué)論證,您說的話有一些缺乏科學(xué)性.”一言譬之：他們不愿放棄原來的自己,只想把癥狀祛除,但這些癥狀正是他們的思考和行為來的,對此他們似乎并不關(guān)心。一旦涉及到"他這人",他們就極力為自己辯解,在辯解過程中，他們有時甚至?xí)杏X咨詢師不夠深刻.有些不成熟的“不夠深刻”的咨詢員則與這些咨客辯論得面紅耳赤。咨詢?nèi)绻搅诉@一步,也就到了該結(jié)束的時候了.有些咨客會以很柔和的"科學(xué)態(tài)度"進(jìn)行辯解。譬如有潔癖癥的咨客反復(fù)洗手很怕受到"感染",當(dāng)咨詢師說到這樣做無意義時,他們除了同樣以&quo

40、t;萬一"來說明自己的正確性外，有些時候還會帶來一些報紙或醫(yī)學(xué)書籍來說服咨詢師：你看"癌癥的病因還沒有查清","不能排除病毒感染的可能性"來證明自己的反復(fù)洗手和反復(fù)"搞衛(wèi)生"的"科學(xué)性".有些疑病癥的咨客做了各種現(xiàn)代化的檢查還是不放心,原因是"有些疾病是儀器檢查不出來的",這些人有一個共同的特點(diǎn)就是：他們從各種報刊雜志上收集一些"科學(xué)道理"來做為生活的指南，同時，這些“指南”也成為和醫(yī)生進(jìn)行辯論的有力證據(jù).五，歸因于外界 我們在咨詢時經(jīng)常會遇到這樣一些咨客：他們有滿

41、肚子牢騷,覺得自己的出身不好,自己的生活環(huán)境差,自己不夠聰明,家人朋友對自己不關(guān)懷.似乎外在的一切事物"都跟她過不去",他們認(rèn)為只要外界事物符合自己的意愿,所有的問題就會煙消云散。但經(jīng)過深入了解之后就會發(fā)現(xiàn),他們所說的麻煩很大程度上都來源于自己.但當(dāng)咨詢師通過分析,指出他們的煩惱的內(nèi)在根源時,他們往往會加以否認(rèn)，甚至有些時候會抱怨咨詢師"不近情理"。對于這樣的咨客，咨詢師需要很大的耐心與之反復(fù)討論,才可能讓他們對自己的問題有所認(rèn)識.不然，如果過早地分析咨客的內(nèi)心世界,常會引起他們更大的阻抗甚至是反感。阻抗貫穿在整個咨詢過程中,它也是造成咨詢費(fèi)時費(fèi)力的重要

42、原因.作為一名咨詢師無法回避阻抗,因?yàn)樗亲稍兊暮诵膯栴}之一。咨詢師如果沒有足夠的自戀和經(jīng)驗(yàn)將它處理得當(dāng),那么在漫長的咨詢過程中咨詢師就會出現(xiàn)危機(jī).很多時候阻抗的存在是有意義的,所以過早地觸及它或許不是好辦法。有時咨客雖然給人的感覺象是"無理取鬧",但這并非他們的初衷.得當(dāng)?shù)靥幚碜杩剐枰稍儙煹娜烁褚蛩?同時也需要長期的臨床經(jīng)驗(yàn).心理治療的難易程度也能從阻抗的表現(xiàn)方式中可見一斑。 阻抗匹配以及為什么要阻抗匹配-二2009-07-01 14:32三. 傳輸線之終端控管技術(shù)（Termination） 3.1 由上可知當(dāng)“訊號”在傳輸線中飛馳旅行而到達(dá)終點(diǎn)，欲進(jìn)入接受元件（如CP

43、U或Meomery等大小不同的IC）中工作時，則該訊號線本身所具備的“特性阻抗”，必須要與終端元件內(nèi)部的電子阻抗相互匹配才行，3.2 當(dāng)傳輸線本身的特性阻抗（Z0）被設(shè)計者訂定為28ohm時，則終端控管的接地的電阻器（Zt）也必須是28ohm，如此才能協(xié)助傳輸線對Z0的保持，使整體得以穩(wěn)定在28 ohm的設(shè)計數(shù)值。也唯有在此種Z0=Zt的匹配情形下，訊號的傳輸才會最具效率，其“訊號完整性”（Signal Integrity，）也才最好。 四.特性阻抗（Characteristic Impedance） 4.1 當(dāng)某訊號方波，在傳輸線組合體的訊號線中，以高準(zhǔn)位（High Level）的正壓訊號向

44、前推進(jìn)時，則距其最近的參考層（如接地層）中，理論上必有被該電場所感應(yīng)出來的負(fù)壓訊號伴隨前行（等于正壓訊號反向的回歸路徑 Return Path），如此將可完成整體性的回路（Loop）系統(tǒng)。該“訊號”前行中若將其飛行時間暫短加以凍結(jié)，即可想象其所遭受到來自訊號線、介質(zhì)層與參考層等所共同呈現(xiàn)的瞬間阻抗值（Instantanious Impedance），此即所謂的“特性阻抗”。是故該“特性阻抗”應(yīng)與訊號線之線寬（w）、線厚（t）、介質(zhì)厚度（h）與介質(zhì)常數(shù)（Dk）都扯上了關(guān)系。 4.2 阻抗匹配不良的后果由于高頻訊號的“特性阻抗”（Z0）原詞甚長，故一般均簡稱之為“阻抗”。讀者千萬要小心，此與低頻A

45、C交流電（60Hz）其電線（并非傳輸線）中，所出現(xiàn)的阻抗值（Z）并不完全相同。數(shù)位系統(tǒng)當(dāng)整條傳輸線的Z0都能管理妥善，而控制在某一范圍內(nèi)（±10或 ±5）者，此品質(zhì)良好的傳輸線，將可使得雜訊減少，而誤動作也可避免。但當(dāng)上述微帶線中Z0的四種變數(shù)（w、t、h、 r）有任一項發(fā)生異常，例如訊號線出現(xiàn)缺口時，將使得原來的Z0突然上升（見上述公式中之Z0與W成反比的事實(shí)），而無法繼續(xù)維持應(yīng)有的穩(wěn)定均勻（Continuous）時，則其訊號的能量必然會發(fā)生部分前進(jìn)，而部分卻反彈反射的缺失。如此將無法避免雜訊及誤動作了。例如澆花的軟管突然被踩住，造成軟管兩端都出現(xiàn)異常，正好可說明上述特性

46、阻抗匹配不良的問題。 4.3 阻抗匹配不良造成雜訊上述部分訊號能量的反彈，將造成原來良好品質(zhì)的方波訊號，立即出現(xiàn)異常的變形（即發(fā)生高準(zhǔn)位向上的Overshoot，與低準(zhǔn)位向下的Undershoot，以及二者后續(xù)的Ringing）。此等高頻雜訊嚴(yán)重時還會引發(fā)誤動作，而且當(dāng)時脈速度愈快時雜訊愈多也愈容易出錯。那么是否什么時候都要考慮阻抗匹配？在普通的寬頻帶放大器中，因?yàn)檩敵鲎杩篂?0，所以需要考慮在功率傳輸電路中進(jìn)行阻抗匹配。但是，實(shí)際上當(dāng)電纜的長度對于信號的波長來說可以忽略不計時，就勿需阻抗匹配的。 考慮信號頻率為1MHz，其波長在空氣中為300m，在同軸電纜中約為200m。在通常使用的長度為1

47、m左右的同軸電纜中，是在完全可忽略的范圍之內(nèi)。 如果存在阻抗，那么在阻抗上就會產(chǎn)生功率消耗，所以不做阻抗匹配其結(jié)果就會使放大器的輸出功率發(fā)生無用的浪費(fèi)。阻抗匹配是為了保證能量傳輸損耗最小，匹配就是上一級電路的內(nèi)電阻要等于下一級電路的輸入電阻?？梢苑譃榈皖l和高頻兩種情況理解。1。低頻低頻領(lǐng)域可以用電工原理的理論，我們知道現(xiàn)實(shí)世界是不存在理想電源的，電源都有內(nèi)電阻，在能量傳輸過程中，內(nèi)阻本身也要消耗能量，這就是全電路歐姆定律闡明的原理：電源電動勢EI*(R+r),其中I是電流，R是負(fù)載電阻，r是電源內(nèi)阻，而功率P=U*I,I*I*R,通過計算就可以得出只有R=r時，負(fù)載獲得的功率最大，這就是電子電

48、路設(shè)計要求阻抗匹配的原因。2。高頻在高頻領(lǐng)域，以上的原理照樣適用，只是阻抗的計算比較復(fù)雜，高頻的性質(zhì)是電磁波，它具有波的特性，要用電磁波傳輸理論來設(shè)計電路。在傳輸過程中要盡量減少信號反射，就要考慮傳輸介質(zhì)的材料特性、機(jī)械形狀、尺寸等一系列參數(shù)，阻抗值實(shí)際是“波阻抗”，是一種等效阻抗。如75歐高頻電纜與50歐高頻電纜的機(jī)械尺寸不同，波阻抗就不同，用萬用表是無法測量的。阻抗匹配（Impedance matching）是微波電子學(xué)里的一部分，主要用于傳輸線上，來達(dá)至所有高頻的微波信號皆能傳至負(fù)載點(diǎn)的目的，不會有信號反射回來源點(diǎn)，從而提升能源效益。 大體上，阻抗匹配有兩種，一種是透過改變阻抗力（lum

49、ped-circuit matching），另一種則是調(diào)整傳輸線的波長（transmission line matching）。 要匹配一組線路，首先把負(fù)載點(diǎn)的阻抗值，除以傳輸線的特性阻抗值來歸一化，然后把數(shù)值劃在史密夫圖表上。 改變阻抗力 把電容或電感與負(fù)載串聯(lián)起來，即可增加或減少負(fù)載的阻抗值，在圖表上的點(diǎn)會沿著代表實(shí)數(shù)電阻的圓圈走動。如果把電容或電感接地，首先圖表上的點(diǎn)會以圖中心旋轉(zhuǎn)180度，然后才沿電阻圈走動，再沿中心旋轉(zhuǎn)180度。重覆以上方法直至電阻值變成1，即可直接把阻抗力變?yōu)榱阃瓿善ヅ洹?編輯 調(diào)整傳輸線 由負(fù)載點(diǎn)至來源點(diǎn)加長傳輸線，在圖表上的圓點(diǎn)會沿著圖中心以逆時針方向走動，直至

50、走到電阻值為1的圓圈上，即可加電容或電感把阻抗力調(diào)整為零，完成匹配 阻抗匹配則傳輸功率大，對于一個電源來講，單它的內(nèi)阻等于負(fù)載時，輸出功率最大，此時阻抗匹配。最大功率傳輸定理，如果是高頻的話，就是無反射波。對于普通的寬頻放大器，輸出阻抗50，功率傳輸電路中需要考慮阻抗匹配，可是如果信號波長遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電纜長度，即纜長可以忽略的話，就無須考慮阻抗匹配了。阻抗匹配是指在能量傳輸時,要求負(fù)載阻抗要和傳輸線的特征阻抗相等,此時的傳輸不會產(chǎn)生反射,這表明所有能量都被負(fù)載吸收了.反之則在傳輸中有能量損失。高速 PCB布線時，為了防止信號的反射，要求是線路的阻抗為50歐姆。這是個大約的數(shù)字,一般規(guī)定同軸電纜基帶

51、50歐姆,頻帶75歐姆,對絞線則為100歐姆,只是取個整而已,為了匹配方便. 阻抗從字面上看就與電阻不一樣，其中只有一個阻字是相同的，而另一個抗字呢？簡單地說，阻抗就是電阻加電抗，所以才叫阻抗；周延一點(diǎn)地說，阻抗就是電阻、電容抗及電感抗在向量上的和。在直流電的世界中，物體對電流阻礙的作用叫做電阻，世界上所有的物質(zhì)都有電阻，只是電阻值的大小差異而已。電阻小的物質(zhì)稱作良導(dǎo)體，電阻很大的物質(zhì)稱作非導(dǎo)體，而最近在高科技領(lǐng)域中稱的超導(dǎo)體，則是一種電阻值幾近于零的東西。但是在交流電的領(lǐng)域中則除了電阻會阻礙電流以外，電容及電感也會阻礙電流的流動，這種作用就稱之為電抗，意即抵抗電流的作用。電容及電感的電抗分別

52、稱作電容抗及 感抗，簡稱容抗及感抗。它們的計量單位與電阻一樣是奧姆，而其值的大小則和交流電的頻率有關(guān)系，頻率愈高則容抗愈小感抗愈大，頻率愈低則容抗愈大而感抗愈小。此外電容抗和電感抗還有相位角度的問題，具有向量上的關(guān)系式，因此才會說：阻抗是電阻與電抗在向量上的和。 阻抗匹配是指負(fù)載阻抗與激勵源內(nèi)部阻抗互相適配，得到最大功率輸出的一種工作狀態(tài)。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(dāng)負(fù)載電阻等于激勵源內(nèi)阻時，則輸出功率為最大，這種工作狀態(tài)稱為匹配，否則稱為失配。 當(dāng)激勵源內(nèi)阻抗和負(fù)載阻抗含有電抗成份時，為使負(fù)載得到最大功率，負(fù)載阻抗與內(nèi)阻必須滿足共扼關(guān)系，即電阻成份相等，電抗成

53、份只數(shù)值相等而符號相反。這種匹配條件稱為共扼匹配。 一.阻抗匹配的研究 在高速的設(shè)計中，阻抗的匹配與否關(guān)系到信號的質(zhì)量優(yōu)劣。阻抗匹配的技術(shù)可以說是豐富多樣，但是在具體的系統(tǒng)中怎樣才能比較合理的應(yīng)用，需要衡量多個方面的因素。例如我們在系統(tǒng)中設(shè)計中，很多采用的都是源段的串連匹配。對于什么情況下需要匹配，采用什么方式的匹配，為什么采用這種方式。 例如：差分的匹配多數(shù)采用終端的匹配；時鐘采用源段匹配； 1、 串聯(lián)終端匹配 串聯(lián)終端匹配的理論出發(fā)點(diǎn)是在信號源端阻抗低于傳輸線特征阻抗的條件下，在信號的源端和傳輸線之間串接一個電阻R，使源端的輸出阻抗與傳輸線的特征阻抗相匹配，抑制從負(fù)載端反射回來的信號發(fā)生再

54、次反射. 串聯(lián)終端匹配后的信號傳輸具有以下特點(diǎn)： A 由于串聯(lián)匹配電阻的作用，驅(qū)動信號傳播時以其幅度的50向負(fù)載端傳播； B 信號在負(fù)載端的反射系數(shù)接近1，因此反射信號的幅度接近原始信號幅度的50。 C 反射信號與源端傳播的信號疊加，使負(fù)載端接受到的信號與原始信號的幅度近似相同； D 負(fù)載端反射信號向源端傳播，到達(dá)源端后被匹配電阻吸收；？ E 反射信號到達(dá)源端后，源端驅(qū)動電流降為0，直到下一次信號傳輸。 相對并聯(lián)匹配來說，串聯(lián)匹配不要求信號驅(qū)動器具有很大的電流驅(qū)動能力。 選擇串聯(lián)終端匹配電阻值的原則很簡單，就是要求匹配電阻值與驅(qū)動器的輸出阻抗之和與傳輸線的特征阻抗相等。理想的信號驅(qū)動器的輸出阻

55、抗為零，實(shí)際的驅(qū)動器總是有比較小的輸出阻抗，而且在信號的電平發(fā)生變化時，輸出阻抗可能不同。比如電源電壓為4.5V的CMOS驅(qū)動器，在低電平時典型的輸出阻抗為 37，在高電平 時典型的輸出阻抗為454；TTL驅(qū)動器和CMOS驅(qū)動一樣，其輸出阻抗會隨信號的電平大小變化而變化。因此，對TTL或CMOS 電路來說，不可能有十分正確的匹配電阻，只能折中考慮。 鏈狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的信號網(wǎng)路不適合使用串聯(lián)終端匹配，所有的負(fù)載必須接到傳輸線的末端。否則，接到傳輸線中間的負(fù)載接受到的波形就會象圖3.2.5中C點(diǎn)的電壓波形一樣?？梢钥闯?，有一段時間負(fù)載端信號幅度為原始信號幅度的一半。顯然這時候信號處在不定邏輯狀態(tài)，信號

56、的噪聲容限很低。 串聯(lián)匹配是最常用的終端匹配方法。它的優(yōu)點(diǎn)是功耗小，不會給驅(qū)動器帶來額外的直流負(fù)載，也不會在信號和地之間引入額外的阻抗；而且只需要一個電阻元件。 2、 并聯(lián)終端匹配 并聯(lián)終端匹配的理論出發(fā)點(diǎn)是在信號源端阻抗很小的情況下，通過增加并聯(lián)電阻使負(fù)載端輸入阻抗與傳輸線的特征阻抗相匹配，達(dá)到消除負(fù)載端反射的目的。實(shí)現(xiàn)形式分為單電阻和雙電阻兩種形式。 并聯(lián)終端匹配后的信號傳輸具有以下特點(diǎn)： A 驅(qū)動信號近似以滿幅度沿傳輸線傳播； B 所有的反射都被匹配電阻吸收； C 負(fù)載端接受到的信號幅度與源端發(fā)送的信號幅度近似相同。 在實(shí)際的電路系統(tǒng)中，芯片的輸入阻抗很高，因此對單電阻形式來說，負(fù)載端的

57、并聯(lián)電阻值必須與傳輸線的特征阻抗相近或相等。假定傳輸線的特征阻抗為50，則R值為50。如果信號的高電平為5V，則信號的靜態(tài)電流將達(dá)到100mA。由于典型的TTL或CMOS電路的驅(qū)動能力很小，這種單電阻的并聯(lián)匹配方式很少出現(xiàn)在這些電路中。 雙電阻形式的并聯(lián)匹配，也被稱作戴維南終端匹配，要求的電流驅(qū)動能力比單電阻形式小。這是因?yàn)閮呻娮璧牟⒙?lián)值與傳輸線的特征阻抗相匹配，每個電阻都比傳輸線的特征阻抗大。考慮到芯片的驅(qū)動能力，兩個電阻值的選擇必須遵循三個原則： 兩電阻的并聯(lián)值與傳輸線的特征阻抗相等； 與電源連接的電阻值不能太小，以免信號為低電平時驅(qū)動電流過大； 與地連接的電阻值不能太小，以免信號為高電平

58、時驅(qū)動電流過大。 并聯(lián)終端匹配優(yōu)點(diǎn)是簡單易行；顯而易見的缺點(diǎn)是會帶來直流功耗：單電阻方式的直流功耗與信號的占空比緊密相關(guān)？；雙電阻方式則無論信號是高電平還是低電平都有直流功耗。因而不適用于電池供電系統(tǒng)等對功耗要求高的系統(tǒng)。另外，單電阻方式由于驅(qū)動能力問題在一般的TTL、CMOS系統(tǒng)中沒有應(yīng)用，而雙電阻方式需要兩個元件，這就對PCB的板面積提出了要求，因此不 適合用于高密度印刷電路板。 當(dāng)然還有：AC終端匹配； 基于二極管的電壓鉗位等匹配方式。 二 .將訊號的傳輸看成軟管送水澆花 2.1 數(shù)位系統(tǒng)之多層板訊號線（Signal Line）中，當(dāng)出現(xiàn)方波訊號的傳輸時，可將之假想成為軟管（hose）送水澆花。一端于手握處加壓使其射出水柱，另一端接在水龍頭。當(dāng)握管處所施壓的力道恰好，而讓水柱的射程正確灑落在目標(biāo)區(qū)時，則施與受兩者皆歡而順利完成使命，豈非一種得心應(yīng)手的小小成就？ 2.2 然而一旦用力過度水注射程太遠(yuǎn)，不但騰空越過目標(biāo)浪費(fèi)水資源，甚至還可能因強(qiáng)力水壓無處宣泄，以致往來源反彈造成軟管自龍頭上的掙脫!不僅任務(wù)失敗橫生挫折，而且還大捅紕漏滿臉豆花呢！ 2.3 反之，當(dāng)握處之?dāng)D壓不足以致射程太近者，則照樣得不到想要的結(jié)果。過猶不及