高速电路设计阻抗匹配原理
出处:yuzheng83 发布于:2008-09-17 15:05:08
阻抗匹配可以有效地消除信号的反射,如下图所示的传输线与器件简单的连接方式为例。

在图中,理想传输线L被内阻为7iS的数字信号驱动源驱动,传输线的特性阻抗为Zo,负载阻抗为RL。
理想的情况是当RS=Zo=RL时,传输线的阻抗是连续的,不会发生任何反射。能量的一半消耗在源内阻IRS上,另一半消耗在负载电阻RL上(传输线无直流损耗)。如果负载阻抗大于传输线的特性阻抗,那么负载端多余的能量就会反射回源端。由于负载端没有吸收全部能量,故称这种情况为“欠阻尼”;如果负载阻抗小于传输线的特性阻抗,负载试图消耗比当前源端提供的能量更多的能量。故通过反射来通知源端输送更多的能量,这种情况称为“过阻尼”。欠阻尼和过阻尼都会引起反向传播的波形,某些情况下在传输线上会形成驻波。当Zo=RL时,负载完全吸收到达的能量,没有任何信号反射回源端,这种情况称为“临界阻尼”。从系统设计的角度来看,由于临界阻尼情况很难满足,所以可靠的适用方式为轻微的过阻尼,因为这种情况没有能量反射回源端。
负载端阻抗与传输线阻抗不匹配会在负载端反射一部分信号回源端,反射信号电压的幅值由负载反射系数PL决定:
PL=(AL-Zo)/(RL+Zo)
式中,PL为负载电压反射系数,它实际上是反射电压与入射电压之比。
由上式可见,-1<PL<+1且当RL=Zo时,PL=0,这时就不会发生反射。即只要根据传输线的特性阻抗进行终端匹配,就能消除反射。从原理上说,反射波的幅度可以大到入射电压的幅度,极性可正可负。当RL>Zo时,PL>0,处于欠阻尼状态,反射波极性为正。
当从负载端反射回的电压到达源端时,又将再次反射回负载端,形成二次反射波。此时,反射电压的幅值由源反射系数pg决定:
Ps=(AS-Zo)/(RS+Zo)
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