阻抗匹配（转载）

终端电阻是为了消除在通讯电缆中的信号反射。 

在通讯过程当中，有两种缘由因致使信号反射：阻抗不连续和阻抗不匹配。 

阻抗不连续，信号在传输线末端忽然遇到电缆阻抗很小甚至没有，信号在这个地方就会引发反射。这种信号反射的原理，与光从一种媒质进入另外一种媒质要引发反射是类似的。消除这种反射的方法，就必须在电缆的末端跨接一个与电缆的特性阻抗一样大小的终端电阻，使电缆的阻抗连续。因为信号在电缆上的传输是双向的，所以，在通信电缆的另外一端可跨接一个一样大小的终端电阻。 

引发信号反射的另个缘由是数据收发器与传输电缆之间的阻抗不匹配。这种缘由引发的反射，主要表如今通信线路处在空闲方式时，整个网络数据混乱。 

要减弱反射信号对通信线路的影响，一般采用噪声抑制和加偏置电阻的方法。在实际应用中，对于比较小的反射信号，为简单方便，常常采用加偏置电阻的方法。 

一个485网络，可能最多会有32个设备接上去，线长最大为1公里。这个终端负载电阻线路的两端用阻抗匹配电阻,是全部的电阻都是XXX欧，仍是这么多并起来的等效电阻值是120欧（是芯片的资料上给出的终端负载电阻）.

 

 

阻抗匹配是指信号源或者传输线跟负载之间的一种合适的搭配方式。阻抗匹配分为低频和高频两种状况讨论。

 

咱们先从直流电压源驱动一个负载入手。因为实际的电压源，老是有内阻的（请参看输出阻抗一问），咱们能够把一个实际电压源，等效成一个理想的电压源跟一个电阻r串联的模型。假设负载电阻为R，电源电动势为U，内阻为r，那么咱们能够计算出流过电阻R的电流为：I=U/(R+r)，能够看出，负载电阻R越小，则输出电流越大。负载R上的电压为：Uo=IR=U×[1+(r/R)]，能够看出，负载电阻R越大，则输出电压Uo越高。再来计算一下电阻R消耗的功率为：

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}

对于一个给定的信号源，其内阻r是固定的，而负载电阻R则是由咱们来选择的。注意式中[(R-r)²/R]，当R=r时，[(R-r)²/R]可取得最小值0，这时负载电阻R上可得到最大输出功率Pmax=U²/(4×r)。即，当负载电阻跟信号源内阻相等时，负载可得到最大输出功率，这就是咱们常说的阻抗匹配之一。对于纯电阻电路，此结论一样适用于低频电路及高频电路。当交流电路中含有容性或感性阻抗时，结论有所改变，就是须要信号源与负载阻抗的的实部相等，虚部互为相反数，这叫作共扼匹配。在低频电路中，咱们通常不考虑传输线的匹配问题，只考虑信号源跟负载之间的状况，由于低频信号的波长相对于传输线来讲很长，传输线能够当作是“短线”，反射能够不考虑（能够这么理解：由于线短，即便反射回来，跟原信号仍是同样的）。从以上分析咱们能够得出结论：若是咱们须要输出电流大，则选择小的负载R；若是咱们须要输出电压大，则选择大的负载R；若是咱们须要输出功率最大，则选择跟信号源内阻匹配的电阻R。有时阻抗不匹配还有另一层意思，例如一些仪器输出端是在特定的负载条件下设计的，若是负载条件改变了，则可能达不到原来的性能，这时咱们也会叫作阻抗失配。

 

在高频电路中，咱们还必须考虑反射的问题。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能够比拟时，反射信号叠加在原信号上将会改变原信号的形状。若是传输线的特征阻抗跟负载阻抗不相等（即不匹配）时，在负载端就会产生反射。为何阻抗不匹配时会产生反射以及特征阻抗的求解方法，牵涉到二阶偏微分方程的求解，在这里咱们不细说了，有兴趣的可参看电磁场与微波方面书籍中的传输线理论。传输线的特征阻抗（也叫作特性阻抗）是由传输线的结构以及材料决定的，而与传输线的长度，以及信号的幅度、频率等均无关。

例如，经常使用的闭路电视同轴电缆特性阻抗为75Ω，而一些射频设备上则经常使用特征阻抗为50Ω的同轴电缆。另外还有一种常见的传输线是特性阻抗为300Ω的扁平平行线，这在农村使用的电视天线架上比较常见，用来作八木天线的馈线。由于电视机的射频输入端输入阻抗为75Ω，因此300Ω的馈线将与其不能匹配。实际中是如何解决这个问题的呢？不知道你们有没有留意到，电视机的附件中，有一个300Ω到75Ω的阻抗转换器（一个塑料封装的，一端有一个圆形的插头的那个东东，大概有两个大拇指那么大）。它里面其实就是一个传输线变压器，将300Ω的阻抗，变换成75Ω的，这样就能够匹配起来了。这里须要强调一点的是，特性阻抗跟咱们一般理解的电阻不是一个概念，它与传输线的长度无关，也不能经过使用欧姆表来测量。为了避免产生反射，负载阻抗跟传输线的特征阻抗应该相等，这就是传输线的阻抗匹配。若是阻抗不匹配会有什么不良后果呢？若是不匹配，则会造成反射，能量传递不过去，下降效率；会在传输线上造成驻波（简单的理解，就是有些地方信号强，有些地方信号弱），致使传输线的有效功率容量下降；功率发射不出去，甚至会损坏发射设备。若是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。

 

当阻抗不匹配时，有哪些办法让它匹配呢？第一，能够考虑使用变压器来作阻抗转换，就像上面所说的电视机中的那个例子那样。第二，能够考虑使用串联/并联电容或电感的办法，这在调试射频电路时常使用。第三，能够考虑使用串联/并联电阻的办法。一些驱动器的阻抗比较低，能够串联一个合适的电阻来跟传输线匹配，例如高速信号线，有时会串联一个几十欧的电阻。而一些接收器的输入阻抗则比较高，可使用并联电阻的方法，来跟传输线匹配，例如，485总线接收器，常在数据线终端并联120欧的匹配电阻。

    为了帮助你们理解阻抗不匹配时的反射问题，我来举两个例子：假设你在练习拳击——打沙包。若是是一个重量合适的、硬度合适的沙包，你打上去会感受很舒服。可是，若是哪一天我把沙包作了手脚，例如，里面换成了铁沙，你仍是用之前的力打上去，你的手可能就会受不了了——这就是负载太重的状况，会产生很大的反弹力。相反，若是我把里面换成了很轻很轻的东西，你一出拳，则可能会扑空，手也可能会受不了——这就是负载太轻的状况。另外一个例子，不知道你们有没有过这样的经历：就是看不清楼梯时上/下楼梯，当你觉得还有楼梯时，就会出现“负载不匹配”这样的感受了。固然，也许这样的例子不太恰当，但咱们能够拿它来理解负载不匹配时的反射状况。

 

原文：http://blog.163.com/qiu_zhi2008/blog/static/6014097720091027111052777/