阻抗匹配是指信号源、传输线和负载之间的阻抗关系，理解阻抗匹配的关键在于它如何影响信号的传输效率、功率传输以及反射。
1.传输线和特征阻抗
在讲阻抗匹配前，首先需要了解一个重要的概念——传输线
先抛出一个问题，下图是一个长度无限长的双绞线，两端都为开路，此时你拿万用表的电阻档去测量一端两根导线的电阻，另一端仍为开路，所得到的读数会是多少，会是无限大吗？
让我们埋下这个问题，继续来讲传输线的定义
传输线是一种新的理想电路元件，简单来说传输线由两条有一定长度的导线组成，分别被称为“信号路径”和“返回路径”（或称“参考路径”）” 传输线有两个核心参数，分别为“特性阻抗”和“时延” ，这里暂时先只考虑特征阻抗。
阻抗匹配中的的阻抗就指的是特性阻抗
现今的高速时代，信号传输的频率和速度极快，数字信号的边沿非常陡峭，所以我们需要考虑一个动态的过程，研究信号施加在传输线上后，到信号到达接收端这个过程中每一个瞬间发生了什么，才能得到问题的正确答案
如上图和下图所示，一个电压信号施加在信号路径上，从动态的过程考虑信号并不会瞬间到达终点，而是在导线上以电磁波的速度（即光速）向前传播，此时为了方便理解假设参考路径为GND，那么信号边沿到达的地方就可以等效为我们非常熟悉的电容，电容的两个“极板”就是信号路径和参考路径这两根导线
那么信号从低电平跳变为高电平的这个过程，就相当于给电容充电，两极板间就会感应出电荷，因此在信号路径和返回路径上都会出现电流，所以信号的传输过程实质上是电压信号的传输，电流是假象
所以，神奇的事情来了，信号路径和返回路径并没有实际连接在一起形成回路，在从高频的动态模型下，两根导线是会产生电流的
那么到现在为止，我们已经了解了传输线上信号的传递方式，是在信号路径上以电压信号进行传递，然后在两条路径上都产生了感应电流，那么我们思考一下，有没有什么东西是描述这个电压和电流之间的比值关系呢？
当然有，一个基本的电气参数 Z0 ，又叫特征阻抗
此时我们再来回顾传输线的模型，在高速应用场景下，信号传输线不能看做理想导线，不能忽略传输线上的一些寄生参数，如寄生电阻，寄生电容，寄生电感，因此在高频下，传输线的等效模型不能只是单单两根线，而是如下图，可以看到其中的C就是我们刚刚讨论信号边沿处等效的电容。
特征阻抗 Z0 就是在一个综合传输线场景下，图中这些参数的合成参数，他是信号在传输时再任何一处受到的瞬时阻抗，对于理想的无损耗传输线，计算公式如下：
- R 是单位长度的电阻（Ω/m）。
- L 是单位长度的电感（H/m）。
- G 是单位长度的电导（S/m）。
- C 是单位长度的电容（F/m）。
- j 是虚数单位。
- ω 是角频率（ω=2πf）。
在高频情况下，传输线的损耗可以忽略不计，因为此时 R 和 G 的值很小，特性阻抗公式简化为：
此时我们已经了解了什么是传输线的特性阻抗，那么我们回到最开始埋下的问题，看这两根无限长的双绞线，我们用万用表电阻档进行测量，读数会是多少？
答案已经显而易见，会得到这根传输线的特性阻抗 Z0 ，一般来说双绞线的 Z0 大概在100Ω~130Ω之间，感兴趣的同学可以去淘宝搜一下，以我们常用的485信号线为例，上面写的阻抗120欧姆，指的就是传输线的特征阻抗
2.阻抗匹配
在了解了传输线和特性阻抗的概念后，接下来看一下阻抗匹配，如下图所示是一个通信系统的简单模型，由信号源，传输线和接收端三部分组成
除了传输线的特性阻抗以外，信号源和接收端都存在内阻，如下图中的R1和R2分别为信号源内阻和接收端内阻，也就是信号源的输出阻抗和负载的输入阻抗，而阻抗匹配就是指在信号传输过程中，信号源的输出阻抗（Zsource）、传输线的特性阻抗（Z0）和负载的输入阻抗（Zload）之间的一种理想匹配关系,即 Zsource = Z0 = Zload ，当这些阻抗满足特定条件时，信号能够以最高效率传输，同时减少反射和失真。
如果相邻的阻抗不一致，则会发生信号的反射，如下图信号源和传输线阻抗都为50Ω，接收端阻抗为5KΩ，那么信号就会在接触点发生反射
还有一种情况，也是属于阻抗不匹配，如下图所示，使用同轴电缆链接信号发生器和示波器，然后使用一个三通接头再延长出一根10m长的电缆，另一端不连接任何设备即断头的导线，此时就可以看到示波器上会产生反射波，出现了一对猫耳，信号严重失真
左图为正常信号波形，右图为接上断头线的失真波形，可以看到在正常波形的右侧捕捉到了反射回来的信号
其实10m长的电缆的末尾什么都不接没有负载，可以等效为对地接了一个无限大的电阻，也就是负载的输入阻抗为无限大，也就会信号会在末尾处发生反射，然后通过电缆返回再一次被示波器捕捉到，所以就出现了失真的波形
为了解决这个问题，我们需要引出终端电阻这个概念，此时我们在电缆末尾接上电阻，分别试了50K，5K，500和50Ω，可以看到随着电阻的减小，右侧的反射波形也在逐渐减小，到最后为50Ω时，信号的反射波形消失了
通过查看说明书我们可以得知，示波器，同轴电缆，信号发生器的阻抗都为50Ω，断头线最后相当于对地无限大的电阻，也就是阻抗为无限大，这样就使传输线到负载的阻抗不一致，而终端电阻的使用就相当于给断头线的末尾放置一个阻抗为50Ω的负载，这样整个系统中的阻抗都保持一致，信号就不会发生反射和失真，在我们常用的485或CAN中，120Ω的终端电阻也是起到这个作用，下图为485的拓扑结构
另外关于台式机内存要插在2，4插槽而不是1，3插槽也是因为阻抗不匹配的原因，一般主板上的2，4插头在AB两条内存通道的末尾，这样安装的内存条就在每条总线的末尾，不会有一截多余的线（图中蓝色部分）产生信号反射
参考资料
[1] 于争. (2013). 信号完整性揭秘：于博士SI设计手记. 机械工业出版社
[2]【新手入门高速PCB？先搞清楚什么是阻抗匹配。】
[3]【90%的电路小白都误解的概念—“阻抗匹配”三页ppt带你彻底搞懂】