影响阻抗的因素及阻抗匹配的作用

【导读】阻抗匹配（impedance matching） 主要用于传输线上，以此来达到所有高频的微波信号均能传递至负载点的目的，而且几乎不会有信号反射回来源点，从而提升能源效益。信号源内阻与所接传输线的特性阻抗大小相等且相位相同，或传输线的特性阻抗与所接负载阻抗的大小相等且相位相同，分别称为传输线的输入端或输出端处于阻抗匹配状态，简称为阻抗匹配。

一、影响阻抗的因素

相对于阻抗变化的关系(其中一个参数变化，假设其余条件不变)，影响阻抗因素如下：

（1）阻抗线宽

阻抗线宽与阻抗成反比，线宽越细，阻抗越大，线宽越粗，阻抗越低。

（2）介质厚度

介质厚度与阻抗成正比，介质越厚，阻抗越大，介质越薄，阻抗越低。

（3）阻抗介电常数

介电常数与阻抗成反比，介电常数越高，阻抗越小介电常数越低，阻抗越大。

（4）防焊厚度

防焊厚度与阻抗成反比，在一定厚度范围内，防焊厚度越厚，阻抗越低，防焊厚度越薄，阻抗越大。

（5）铜箔厚度

铜箔厚度与阻抗成反比，铜厚越厚，阻抗越低，铜厚越薄，阻抗越大。

（6）差动阻抗

间距与阻抗成正比，间距越大，阻抗越大，其余影响因素则与特性阻抗相同。

（7）共面阻抗

阻抗线距导体的间距与阻抗成正比，间距越大，阻抗越大，其它影响因素则与特性阻抗相同。

二、为什么要阻抗匹配？

1. 阻抗匹配作用

（1）最大功率传输：对信号源和负载进行阻抗匹配，可以实现传输功率最大化，提高能量转换性能；

（2）最小反射损耗：匹配阻抗可以减少信号在电路中的反射，提高信号质量和传输效率；

（3）优化系统性能：阻抗匹配可以确保信号在系统中的稳定传输，避免信号失真和性能下降。阻抗匹配对于获得理想的 VSWR（电压驻波比）非常重要。

（4）PCB场景

  ● 减少高频噪声以及边沿过冲。如果一个信号的边沿非常陡峭，则含有大量的高频成分，将会辐射干扰，另外，也容易产生过冲。串联电阻与信号线的分布电容以及负载输入电容等形成一个RC电路，这样就会降低信号边沿的陡峭程度。

  ● 减少高频反射以及自激振荡。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相等(即不匹配)时，在负载端就会产生反射，造成自激振荡。PCB板内走线的低频信号直接连通即可，一般不需要加串行匹配电阻。

  ● 并行阻抗匹配又叫“终端阻抗匹配”，一般用在输入/输出接口端，主要指与传输电缆的阻抗匹配。例如，LVDS与RS422/485使用5类双绞线的输入端匹配电阻为100~120Ω；视频信号使用同轴电缆的匹配电阻为75Ω或50Ω、使用篇平电缆为300Ω。并行匹配电阻的阻值与传输电缆的介质有关，与长度无关，其主要作用也是防止信号反射、减少自激振荡。

（5）低频和高频场景：

  ● 当信号传输中如果传输线上发生特性阻抗突变也会发生反射。

  ● 波长与频率成反比，低频信号的波长远远大于传输线的长度，因此一般不用考虑反射问题，也就是说低频电路做不做阻抗匹配也不会出现什么大问题。

  ● 在高频领域，当信号的波长与传输线长出于相同量级时反射的信号易与原信号混叠，影响信号质量，通过阻抗匹配可有效减少 消除高频信号反射。所以高频电路一定要做阻抗匹配。

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