阻抗匹配（impedance matching） 信號源內阻與所接傳輸線的特性阻抗大小相等且相位相同，或傳輸線的特性阻抗與所接負載阻抗的大小相等且相位相同，分別稱為傳輸線的輸入端或輸出端處于阻抗匹配狀態，簡稱為阻抗匹配。否則，便稱為阻抗失配。有時也直接叫做匹配或失配。但是在另一方方面，也會出現阻抗不匹配的情況，下面我們就進行分析。

　　一、阻抗匹配條件

　　①負載阻抗等于信源內阻抗，即它們的模與輻角分別相等，這時在負載阻抗上可以得到無失真的電壓傳輸。

　　②負載阻抗等于信源內阻抗的共軛值，即它們的模相等而輻角之和為零。這時在負載阻抗上可以得到最大功率。這種匹配條件稱為共軛匹配。如果信源內阻抗和負載阻抗均為純阻性，則兩種匹配條件是等同的。

　　阻抗匹配是指負載阻抗與激勵源內部阻抗互相適配，得到最大功率輸出的一種工作狀態。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，當負載電阻等于激勵源內阻時，則輸出功率為最大，這種工作狀態稱為匹配，否則稱為失配。

　　當激勵源內阻抗和負載阻抗含有電抗成份時，為使負載得到最大功率，負載阻抗與內阻必須滿足共扼關系，即電阻成份相等，電抗成份絕對值相等而符號相反。這種匹配條件稱為共扼匹配。

　　阻抗匹配（Impedance matching）是微波電子學里的一部分，主要用于傳輸線上，來達至所有高頻的微波信號皆能傳至負載點的目的，不會有信號反射回來源點，從而提升能源效益。史密夫圖表上。電容或電感與負載串聯起來，即可增加或減少負載的阻抗值，在圖表上的點會沿著代表實數電阻的圓圈走動。如果把電容或電感接地，首先圖表上的點會以圖中心旋轉180度，然后才沿電阻圈走動，再沿中心旋轉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為零完成匹配。

　　二、阻抗匹配與阻抗不匹配解析

　　在高速設計阻抗控制和端接是基本的設計問題。而在射頻設計中這早已是事實上的核心了。但一些數字電路工作頻率甚至高于射頻時卻在其設計中忽略考慮了阻抗和端接。

　　阻抗不匹配在數字電路中產生的一些不利影響如下所示。

　　1. 數字信號在接收器件的輸入端和發送器件的輸出端來回反射。反射的信號在兩邊來回反彈直至最終完全被電阻所吸收。

　　2. 反射信號引入振鈴信號沿著走線傳播。振鈴影響了信號的電壓和時序，并嚴重影響了信號質量。

　　3. 一個不匹配的信號通路會導致信號輻射到環境中去。

　　由于阻抗不匹配產生的問題可以通過使用終端來減少。終端通常是一個或兩個放置在信號線接收器附近的分立元件。一個簡單的例子，終端是一個低值的串連電阻。

　　終端抑制了信號的上升時間，并吸收了部分反射能源。特別是要注意到，終端并不能完全消除由于阻抗不匹配而產生的破壞性的影響。但是通過仔細選擇的配置和元件的值，一個終端可以非常有效地控制了信號完整性的效果。

　　并非所有的信號線都需要阻抗控制。一些標準，如Compact PCI需要特定的走線阻抗和（或）終端電阻。通過制訂阻抗的要求，這些標準對減少反射，振鈴和信號線的輻射是相當有效的。

　　其他標準沒有對阻抗控制有具體的要求，留給設計者決定是否需要加阻抗控制。而決定的結果隨設計的不同而不同，但它往往取決于信號線的長度（信號線延遲Td）和信號的上升時間（ Tr）。一個經常使用的規則是，當Td大于Tr的1/6的時候就對阻抗控制有要求了。

　　三、阻抗不匹配的后果

　　簡單的說，阻抗不匹配會產生反射。而反射會導致過沖，振鈴，抖動，會影響上升沿，下降沿等。在高頻電路中，當發送端與傳輸線之間、傳輸線與接收端之間阻抗不匹配時，就會產生反射。

　　一般來說，接收端的阻抗高于傳輸線的阻抗，根據反射原理，該處的反射信號與傳來的信號相位相同，因而會使得接收端的信號電平增強；而發送端的阻抗低于傳輸線的阻抗，根據反射原理，該處的反射信號與傳來的信號相位相反，因而使得反射信號重新傳往接收端。當傳輸線的阻抗較小時，其衰減作用抵不過反射的影響，到達接收端的信號在上升階段的末期以及下降階段的末期都會產生振鈴式的過沖現象。

　　其中，在上升階段的末期產生的超過1的過沖，叫做上沖；在下降階段的末期產生的低于0的過沖，叫做下沖。如果發生了過沖振鈴，要使信號為1時的電平穩定在其對應的臨界值以上，或者要使信號為0時的電平穩定在其對應的臨界值以下，無疑需要一段時間的等待。否則，無論是微處理器利用未穩定下來的信號讀人，還是存儲器利用未穩定下來的信號寫入，都容易產生誤動。

　　四、如何理解阻抗不匹配時的反射問題

　　抗匹配信號源內阻與所接傳輸線的特性阻抗大小相等且相位相同，或傳輸線的特性阻抗與所接負載阻抗的大小相等且相位相同，分別稱為傳輸線的輸入端或輸出端處于阻抗匹配狀態，簡稱為阻抗匹配。否則，便稱為阻抗失配。有時也直接叫做匹配或失配。

　　阻抗匹配是指信號源或者傳輸線跟負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動一個負載入手。由于實際的電壓源，總是有內阻的，我們可以把一個實際電壓源，等效成一個理想的電壓源跟一個電阻r串聯的模型。假設負載電阻為R，電源電動勢為U，內阻為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，負載電阻R越小，則輸出電流越大。負載R上的電壓為：Uo=IR=U/［1+（r/R）］，可以看出，負載電阻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，其內阻r是固定的，而負載電阻R則是由我們來選擇的。注意式中［（R-r）2/R］，當R=r時，［（R-r）2/R］可取得最小值0，這時負載電阻R上可獲得最大輸出功率Pmax=U2/（4×r）。即，當負載電阻跟信號源內阻相等時，負載可獲得最大輸出功率，這就是我們常說的阻抗匹配之一。此結論同樣適用于低頻電路及高頻電路。當交流電路中含有容性或感性阻抗時，結論有所改變，就是需要信號源與負載阻抗的的實部相等，虛部互為相反數，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，只考慮信號源跟負載之間的情況，因為低頻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：因為線短，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論：如果我們需要輸出電流大，則選擇小的負載R；如果我們需要輸出電壓大，則選擇大的負載R；如果我們需要輸出功率最大，則選擇跟信號源內阻匹配的電阻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載條件下設計的，如果負載條件改變了，則可能達不到原來的性能，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。當信號的頻率很高時，則信號的波長就很短，當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載阻抗不相等（即不匹配）時，在負載端就會產生反射。為什么阻抗不匹配時會產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，在這里我們不細說了，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）是由傳輸線的結構以及材料決定的，而與傳輸線的長度，以及信號的幅度、頻率等均無關。

　　例如，常用的閉路電視同軸電纜特性阻抗為75Ω，而一些射頻設備上則常用特征阻抗為50Ω的同軸電纜。另外還有一種常見的傳輸線是特性阻抗為300Ω的扁平平行線，這在農村使用的電視天線架上比較常見，用來做八木天線的饋線。因為電視機的射頻輸入端輸入阻抗為75Ω，所以300Ω的饋線將與其不能匹配。實際中是如何解決這個問題的呢？不知道大家有沒有留意到，電視機的附件中，有一個300Ω到75Ω的阻抗轉換器（一個塑料封裝的，一端有一個圓形的插頭的那個東東，大概有兩個大拇指那么大）。它里面其實就是一個傳輸線變壓器，將300Ω的阻抗，變換成75Ω的，這樣就可以匹配起來了。這里需要強調一點的是，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，也不能通過使用歐姆表來測量。為了不產生反射，負載阻抗跟傳輸線的特征阻抗應該相等，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，有些地方信號弱），導致傳輸線的有效功率容量降低；功率發射不出去，甚至會損壞發射設備。如果是電路板上的高速信號線與負載阻抗不匹配時，會產生震蕩，輻射干擾等。

　　當阻抗不匹配時，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換，就像上面所說的電視機中的那個例子那樣。第二，可以考慮使用串聯/并聯電容或電感的辦法，這在調試射頻電路時常使用。第三，可以考慮使用串聯/并聯電阻的辦法。一些驅動器的阻抗比較低，可以串聯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，可以使用并聯電阻的方法，來跟傳輸線匹配，例如，485總線接收器，常在數據線終端并聯120歐的匹配電阻。（始端串聯匹配，終端并聯匹配）

　　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：假設你在練習拳擊——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。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——這就是負載過重的情況，會產生很大的反彈力。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——這就是負載過輕的情況。