端接电阻的作用.docx
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端接电阻的作用
端接电阻是干什么的
端接电阻是用来实现阻抗匹配的。
什么是阻抗匹配，对于波形信号，在传输和使用的过程中会产生
非线性阻抗，例如线路中存在电容或电感等非线性原件,
对于高频的信号不知道什么时候就会产生
阻抗，此时就会影响信号的特性，频率或者能量都会改变，可以通过在电路中加入一种电阻控制电路
的阻抗使之达到不影响信号，这种电阻就是端接电阻。
端接电阻分为并行端接和串行端接两种。
阻抗匹配在高频设计中是一个常用的概念，这篇文章对这个阻抗匹配”进行了比较好的解析。
回答了
什么是阻抗匹配。
阻抗匹配（Impedaneematching）是微波电子学里的一部分，主要用于传输线上，来达至所有高
频的微波信号皆能传至负载点的目的，不会有信号反射回来源点，从而提升能源效益。
大体上，阻抗匹配有两种，一种是透过改变阻抗力（lumped-circuitmatehing），另一种则是调
整传输线的波长（transmissionlinematching
）。
要匹配一组线路，首先把负载点的阻抗值，除以传输线的特性阻抗值来归一化，然后把数值划在史密
夫图表上。
改变阻抗力
把电容或电感与负载串联起来，即可增加或减少负载的阻抗值，在图表上的点会沿著代表实数电阻的
圆圈走动。
如果把电容或电感接地，首先图表上的点会以图中心旋转180度，然后才沿电阻圈走动,
再沿中心旋转180度。
重覆以上方法直至电阻值变成1，即可直接把阻抗力变为零完成匹配。
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调整传输线
由负载点至来源点加长传输线，在图表上的圆点会沿著图中心以逆时针方向走动，直至走到电阻值为
1的圆圈上，即可加电容或电感把阻抗力调整为零，完成匹配
阻抗匹配则传输功率大，对于一个电源来讲，单它的内阻等于负载时，输岀功率最大，此时阻抗匹配。
最大功率传输定理，如果是高频的话，就是无反射波。
对于普通的宽频放大器，输岀阻抗
50Q，功
率传输电路中需要考虑阻抗匹配，可是如果信号波长远远大于电缆长度，即缆长可以忽略的话，就无须考虑阻抗匹配了。
阻抗匹配是指在能量传输时，要求负载阻抗要和传输线的特征阻抗相等，此时的传输不会产生反射，这表明所有能量都被负载吸收了.反之则在传输中有能量损失。
高速PCB布线时,
为了防止信号的反射，要求是线路的阻抗为50欧姆。
这是个大约的数字，一般规定同轴电缆基带50
欧姆,频带75欧姆,对绞线则为100欧姆,只是取个整而已，为了匹配方便.
阻抗从字面上看就与电阻不一样，其中只有一个阻字是相同的，而另一个抗字呢？
简单地说，阻抗就是电阻加电抗，所以才叫阻抗；周延一点地说，阻抗就是电阻、电容抗及电感抗在向量上的和。
在直流电的世界中，物体对电流阻碍的作用叫做电阻，世界上所有的物质都有电阻，只是电阻值的大小差异而已。
电阻小的物质称作良导体，电阻很大的物质称作非导体，而最近在高科技领域中称的超导体,
则是一种电阻值几近于零的东西。
但是在交流电的领域中则除了电阻会阻碍电流以外，电容及电感也会阻碍电流的流动，这种作用就称之为电抗，意即抵抗电流的作用。
电容及电感的电抗分别称作电容抗及电感抗，简称容抗及感抗。
它们的计量单位与电阻一样是奥姆，而其值的大小则和交流电的频率有关系，频率愈高则容抗愈小感抗愈大，频率愈低则容抗愈大而感抗愈小。
此外电容抗和电感抗还有相位角度的问题，具有向量上的关系式，因此才会说：
阻抗是电阻与电抗在向量上的和。
阻抗匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配，得到最大功率输岀的一种工作状态。
对于不同特性的电路，匹配条件是不一样的。
在纯电阻电路中，当负载电阻等于激励源内阻时，则输岀功率为最大，这种工作状态称为匹配，否则称为失配。
当激励源内阻抗和负载阻抗含有电抗成份时，为使负载得到最大功率，负载阻抗与内阻必须满足共扼关系，即电阻成份相等，电抗成份只数值相等而符号相反。
这种匹配条件称为共扼匹配。
一.阻抗匹配的研究在高速的设计中，阻抗的匹配与否关系到信号的质量优劣。
阻抗匹配的技术可以说是丰富多样，但是在具体的系统中怎样才能比较合理的应用，需要衡量多个方面的因素。
例如我们在系统中设计中，很多采用的都是源段的串连匹配。
对于什么情况下需要匹配，采用什么方式的匹配，为什么采用这种方式。
例如：
差分的匹配多数采用终端的匹配；时钟采用源段匹配;
1、串联终端匹配
在信号的源端和传输线
串联终端匹配的理论岀发点是在信号源端阻抗低于传输线特征阻抗的条件下,之间串接一个电阻R，使源端的输岀阻抗与传输线的特征阻抗相匹配，抑制从负载端反射回来的信号发生再次反射.
串联终端匹配后的信号传输具有以下特点:
由于串联匹配电阻的作用，驱动信号传播时以其幅度的50%向负载端传播;
信号在负载端的反射系数接近+1，因此反射信号的幅度接近原始信号幅度的50%。
反射信号与源端传播的信号叠加，使负载端接受到的信号与原始信号的幅度近似相同;
负载端反射信号向源端传播，到达源端后被匹配电阻吸收；？
反射信号到达源端后，源端驱动电流降为0，直到下一次信号传输。
相对并联匹配来说，串联匹配不要求信号驱动器具有很大的电流驱动能力。
选择串联终端匹配电阻值的原则很简单，就是要求匹配电阻值与驱动器的输岀阻抗之和与传输线的特征阻抗相等。
理想的信号驱动器的输岀阻抗为零，实际的驱动器总是有比较小的输岀阻抗，而且在信号的电平发生变化时，输岀阻抗可能不同。
比如电源电压为+4.5V的CMOS驱动器，在低电平时典
型的输岀阻抗为37Q，在高电平时典型的输岀阻抗为45Q[4];TTL驱动器和CMOS驱动一样，其
输岀阻抗会随信号的电平大小变化而变化。
因此，对TTL或CMOS电路来说，不可能有十分正确的
匹配电阻，只能折中考虑。
链状拓扑结构的信号网路不适合使用串联终端匹配，所有的负载必须接到传输线的末端。
否则，接到
传输线中间的负载接受到的波形就会象图3.2.5中C点的电压波形一样。
可以看岀，有一段时间负
载端信号幅度为原始信号幅度的一半。
显然这时候信号处在不定逻辑状态，信号的噪声容限很低。
串联匹配是最常用的终端匹配方法。
它的优点是功耗小，不会给驱动器带来额外的直流负载，也不会在信号和地之间引入额外的阻抗；而且只需要一个电阻元件。
2、并联终端匹配
并联终端匹配的理论岀发点是在信号源端阻抗很小的情况下，通过增加并联电阻使负载端输入阻抗与传输线的特征阻抗相匹配，达到消除负载端反射的目的。
实现形式分为单电阻和双电阻两种形式。
并联终端匹配后的信号传输具有以下特点:
A驱动信号近似以满幅度沿传输线传播;
B所有的反射都被匹配电阻吸收;
C负载端接受到的信号幅度与源端发送的信号幅度近似相同。
在实际的电路系统中，芯片的输入阻抗很高，因此对单电阻形式来说，负载端的并联电阻值必须与传
输线的特征阻抗相近或相等。
假定传输线的特征阻抗为50Q，则R值为50Q。
如果信号的高电平为5V，则信号的静态电流将达到100mA。
由于典型的TTL或CMOS电路的驱动能力很小，这种单电
阻的并联匹配方式很少岀现在这些电路中。
双电阻形式的并联匹配，也被称作戴维南终端匹配，要求的电流驱动能力比单电阻形式小。
这是因为
两电阻的并联值与传输线的特征阻抗相匹配，每个电阻都比传输线的特征阻抗大。
考虑到芯片的驱动
能力，两个电阻值的选择必须遵循三个原则:
并联终端匹配优点是简单易行；显而易见的缺点是会带来直流功耗：
单电阻方式的直流功耗与信号的
印刷电路板。
当然还有：
AC终端匹配；基于二极管的电压钳位等匹配方式。
二.将讯号的传输看成软管送水浇花
2.1数位系统之多层板讯号线（SignalLine）中，当岀现方波讯号的传输时，可将之假想成为软管
（hose）送水浇花。
一端于手握处加压使其射岀水柱，另一端接在水龙头。
当握管处所施压的力道恰好，而让水柱的射程正确洒落在目标区时，则施与受两者皆欢而顺利完成使命，岂非一种得心应手
的小小成就?
恰到好处才能正中下怀皆大欢喜。
2.4上述简单的生活细节，正可用以说明方波（SquareWave）讯号（Signal）在多层板传输线
（TransmissionLine，系由讯号线、介质层、及接地层三者所共同组成）中所进行的快速传送。
此
时可将传输线（常见者有同轴电缆CoaxialCable，与微带线MicrostripLine或带线StripLine
等）看成软管，而握管处所施加的压力，就好比板面上接受端”（Receiver）元件所并联到Gnd的
电阻器一般，可用以调节其终点的特性阻抗（CharacteristicImpedanee），使匹配接受端元件内部的需求。
传输线之终端控管技术（Termination）
3.1由上可知当讯号"在传输线中飞驰旅行而到达终点，欲进入接受元件（如CPU或Meomery等
大小不同的IC）中工作时，则该讯号线本身所具备的特性阻抗”必须要与终端元件内部的电子阻抗相互匹配才行，如此才不致任务失败白忙一场。
用术语说就是正确执行指令，减少杂讯干扰，避免
错误动作”一旦彼此未能匹配时，则必将会有少许能量回头朝向发送端”反弹，进而形成反射杂讯
（Noise）的烦恼。
3.2当传输线本身的特性阻抗（Z0）被设计者订定为28ohm时，则终端控管的接地的电阻器（Zt）也必须是28ohm，如此才能协助传输线对Z0的保持，使整体得以稳定在28ohm的设计数值。
也
唯有在此种Z0=Zt的匹配情形下，讯号的传输才会最具效率，其讯号完整性”（SignalIntegrity
为讯号品质之专用术语）也才最好。
四.特性阻抗（CharacteristicImpedanee）
4.1当某讯号方波，在传输线组合体的讯号线中，以高准位（HighLevel）的正压讯号向前推进时,则距其最近的参考层（如接地层）中，理论上必有被该电场所感应岀来的负压讯号伴随前行（等于正
压讯号反向的回归路径ReturnPath），如此将可完成整体性的回路（Loop）系统。
该讯号"前行中若将其飞行时间暂短加以冻结，即可想象其所遭受到来自讯号线、介质层与参考层等所共同呈现的
瞬间阻抗值（InstantaniousImpedanee），此即所谓的特性阻抗”是故该特性阻抗"应与
讯号线之线宽（w）、线厚（t）、介质厚度（h）与介质常数（Dk）都扯上了关系。
种变数（w、t、h、r）有任一项发生异常，例如讯号线岀现缺口时，将使得原来的Z0突然上升（见
上述公式中之Z0与W成反比的事实），而无法继续维持应有的稳定均匀（Continuous）时，则其
讯号的能量必然会发生部分前进，而部分却反弹反射的缺失。
如此将无法避免杂讯及误动作了。
例如
浇花的软管突然被踩住，造成软管两端都岀现异常，正好可说明上述特性阻抗匹配不良的问题。
现异常的变形（即发生高准位向上的Overshoot，与低准位向下的Undershoot，以及二者后续的
Ringing）。
此等高频杂讯严重时还会引发误动作，而且当时脉速度愈快时杂讯愈多也愈容易岀错。
并行端接是指使负载阻抗与传输线阻抗匹配，并行端接主要是在尽量靠近负载端的位置加上拉和
下拉阻抗以实现终端的阻抗匹配。
简单的并行端接
这种端接方式是简单地在负载端加入一下拉到GND的电阻RT（RT=Z0）来实现匹配，采用此端接的条件是驱动端必须能够提供输岀高电平时的驱动电流以保证通过端接电阻的高电平电压满足门限电压要求。
在输岀为高电平状态时，这种并行端接电路消耗的电流过大，因此一般器件很难可靠地支持这种端接电路，这种设计一般不采用。
2、戴维宁（Thevenin）并行端接
戴维宁（Thevenin）端接即分压器型端接，它采用上拉电阻R1和下拉电阻R2构成端接电阻,
通过R1和R2吸收反射。
R1和R2阻值的选取由下面的条件决定。
R1的最大值由可接受的信号的
最大上升时间（是RC充放电时间常数的函数）决定，R1的最小值由驱动源的吸电流数值决定。
戴
维宁等效阻抗可表示为：
RT=（R1R2）/（R1+R2）。
它要求RT等于传输线阻抗Z0以达到最佳匹配。
此端接虽然降低了对源端器件驱动能力的要求，但却由于在VCC和GND之间连接的电阻R1和R2
从而一直在从系统电源吸收电流，因此直流功耗较大。
3、主动并行端接
在此端接策略中，端接电阻RT（RT=Z0）将负载端信号拉至一偏移电压VBIAS，它需要一个
具有吸、灌电流能力的独立的电压源来满足输岀电压的跳变速度的要求。
在此端接方案中，如偏移电
压VBIAS为正电压，输入为逻辑低电平时有DC直流功率损耗，如偏移电压VBIAS为负电压，则
输入为逻辑高电平时有直流功率损耗。
VnuAe
4、并行AC端接
并行AC端接使用电阻和电容网络（串联RC）作为端接阻抗。
端接电阻R要小于等于传输线阻
抗Z0,电容C必须大于100pF，推荐使用0.1UF的多层陶瓷电容。
电容有阻低频通高频的作用,
因此电阻R不是驱动源的直流负载，故这种端接方式无任何直流功耗。
常用在变压器的端接上。
5、二极管并行端接
使用肖特基二极管或快速开关硅管进行传输线端接。
二极管的开关速度必须至少比信号上升时间
快4倍以上。
如果在系统调试时发现振铃问题，可以很容易地加入二极管来消除。
肖特基二极管的正
向电压降Vf（典型0.3
到0.45V）将输入信号钳位到GND—Vf和VCC+Vf之间。
这样就显著抑制
串行端接是指使源阻抗与传输线阻抗匹配。
串行端接是通过在尽量靠近源端的位置串行插入一个电阻RS（一般是10Q到75Q）到传输线中来实现的。
串行端接是匹配信号源的阻抗，所插入的串行电阻阻值加上驱动源的输岀阻抗应大于等于传输线阻抗（轻微过阻尼）。
端接通过使源端反射系数为零从而抑制从负载反射回来的信号（负载端输入高阻，不吸收能量）再从源端反射回负载端。
每条线只需要一个端接电阻，无需与电源相连接，消耗功率小。
当驱动高容性负载时可提供限流作用，这种限流作用还可以帮助减小地弹噪声。
在实际设计中，这种端接是用途最广的。
匹配条件①负载阻抗等于信源内阻抗，即它们的模与辐角分别相等，这时在负载阻抗上可以得到无失真的电压传输。
②负载阻抗等于信源内阻抗的共轭值，即它们的模相等而辐角之和为零。
这时在负载阻抗上可以得到最大功率。
这种匹配条件称为共轭匹配。
如果信源内阻抗和负载阻抗均为纯阻性，则两种匹配条件是等同的。
阻抗匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配，得到最大功率输岀的一种工作状态。
对于不同特性的电路，匹配条件是不一样的。
在纯电阻电路中，当负载电阻等于激励源内阻时，则输岀功率为最大，这种工作状态称为匹配，否则称为失配。
当激励源内阻抗和负载阻抗含有电抗成份时，为使负载得到最大功率，负载阻抗与内阻必须满足共扼关系，即电阻成份相等，电抗成份绝对值相等而符号相反。
这种匹配条件称为共扼匹配。
史密夫图
阻抗匹配（Impedaneematching）是微波电子学里的一部分，主要用于传输线上，来达至所
有高频的微波信号皆能传至负载点的目的，不会有信号反射回来源点，从而提升能源效益。
表上。
电容或电感与负载串联起来，即可增加或减少负载的阻抗值，在图表上的点会沿著代表实数电
180度，然后才沿电阻圈
阻的圆圈走动。
如果把电容或电感接地，首先图表上的点会以图中心旋转走动，再沿中心旋转180度。
重覆以上方法直至电阻值变成1，即可直接把阻抗力变为零完成匹配。
共轭匹配
在信号源给定的情况下，输岀功率取决于负载电阻与信号源内阻之比
K，当两者相等，即K=1
时，输岀功率最大。
然而阻抗匹配的概念可以推广到交流电路，当负载阻抗与信号源阻抗共轭时，能
够实现功率的最大传输，如果负载阻抗不满足共轭匹配的条件，就要在负载和信号源之间加一个阻抗
变换网络，将负载阻抗变换为信号源阻抗的共轭，实现阻抗匹配。
匹配分类
大体上，阻抗匹配有两种，一种是透过改变阻抗力（lumped-circuitmatching），另一种则
是调整传输线的波长（transmissionlinematching
）。
要匹配一组线路，首先把负载点的阻抗值，除以传输线的特性阻抗值来归一化，然后把数值划在
史密夫图表上。
1.改变阻抗力
把电容或电感与负载串联起来，即可增加或减少负载的阻抗值，在图表上的点会沿著代表实数电
阻的圆圈走动。
如果把电容或电感接地，首先图表上的点会以图中心旋转
180度，然后才沿电阻圈
走动，再沿中心旋转180度。
重复以上方法直至电阻值变成1，即可直接把阻抗力变为零完成匹配。
2.调整传输线
由负载点至来源点加长传输线，在图表上的圆点会沿著图中心以逆时针方向走动，直至走到电阻
值为1的圆圈上，即可加电容或电感把阻抗力调整为零，完成匹配。
阻抗匹配则传输功率大，对于一个电源来讲，单它的内阻等于负载时，输岀功率最大，此时阻抗
匹配。
最大功率传输定理，如果是高频的话，就是无反射波。
对于普通的宽频放大器，输岀阻抗50Q，
功率传输电路中需要考虑阻抗匹配，可是如果信号波长远远大于电缆长度，即缆长可以忽略的话，就
无须考虑阻抗匹配了。
阻抗匹配是指在能量传输时，要求负载阻抗要和传输线的特征阻抗相等，此时
的传输不会产生反射，这表明所有能量都被负载吸收了。
反之则在传输中有能量损失。
高速
PCB布
线时，为了防止信号的反射，要求是线路的阻抗为50欧姆。
这是个大约的数字，一般规定同轴电缆
基带50欧姆，频带75欧姆，对绞线则为100欧姆,只是取个整而已，为了匹配方便。
何为阻抗
阻抗从字面上看就与电阻不一样，其中只有一个阻字是相同的，而另一个抗字呢？
简单地说，阻抗就是电阻加电抗，所以才叫阻抗；周延一点地说，阻抗就是电阻、电容抗及电感抗在向量上的和。
在直流电的世界中，物体对电流阻碍的作用叫做电阻，世界上所有的物质都有电阻，只是电阻值的大小差异而已。
电阻小的物质称作良导体，电阻很大的物质称作非导体，而最近在高科技领域中称的超导体，则是一种电阻值几近于零的东西。
但是在交流电的领域中则除了电阻会阻碍电流以外，电容及电感也会阻碍电流的流动，这种作用就称之为电抗，意即抵抗电流的作用。
电容及电感的电抗分别称作电容抗及电感抗，简称容抗及感抗。
它们的计量单位与电阻一样是奥姆，而其值的大小则和交流电的频率有关系，频率愈高则容抗愈小感抗愈大，频率愈低则容抗愈大而感抗愈小。
此外电容抗和电感抗还有相位角度的问题，具有向量上的关系式，因此才会说：
阻抗是电阻与电抗在向量上的和。
高频电路的阻抗匹配由于高频功率放大器工作于非线性状态，所以线性电路和阻抗匹配（即：
负载阻抗与电源内阻相等）这一概念不能适用于它。
因为在非线性（如：
丙类）工作的时候，电子器件的内阻变动剧烈：
通流的时候，内阻很小；截止的时候，内阻接近无穷大。
因此输岀电阻不是常数。
所以所谓匹配的时候内阻等于外阻，也就失去了意义。
因此，高频功率放大的阻抗匹配概念是：
在给定的电路条件下，改变负载回路的可调元件，使电子器件送岀额定的输岀功率至负载。
这就叫做达到了匹配状态。
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