何時應使用(yòng)阻抗匹配網路，哪種網路適合系統？
答(dá)案是：「視情況而定」。如果設計兩個零件之間的(de)互連線時，源和(hé)負載的(de)阻抗不匹配，那麼則很有可(kě)能需要一個匹配網路。
是否需要阻抗匹配網路？
答(dá)案取決於信號的(de)上升時間和(hé)沿互連線的(de)傳播延遲。如果傳播延遲超過信號上升時間約 50%（對於數位信號），或者超過振盪週期的(de)四分(fēn)之一（對於類比信號），則需要考慮阻抗匹配。
對於需要輸出一系列類比信號的(de)放大(dà)器，在確定阻抗匹配需求時，需要考慮所需的(de)最大(dà)輸出頻率。這通(tōng)常透過取最大(dà)輸出頻率（fmax），並轉換為振盪週期，再將其轉換為等效上升時間（teq）來實現。對於最大(dà)輸出頻率，該等效上升時間等於振盪週期的(de) 35%。一旦傳播延遲超過該上升時間的(de) 50%，就需要阻抗匹配。
圖 1：放大(dà)器阻抗匹配的(de)條件
阻抗匹配網路
首先，需要注意的(de)是，通(tōng)常隻需要為負載或源元件，而不是同時為兩者設計阻抗匹配網路。這是因為傳輸線的(de)阻抗可(kě)以透過調整其幾何形狀來調整。如此一來，可(kě)以立即將走線阻抗與源或負載匹配，同時一個匹配網路將連接到另一個零件。
通(tōng)常，每條單端傳輸線與源的(de)阻抗都匹配，而且有一個匹配網路與負載連接。目標是改變由負載 + 匹配網路形成的(de)等效電路的(de)阻抗，使其匹配傳輸線的(de)阻抗。
可(kě)供選擇的(de)有幾種阻抗匹配網路：最簡單的(de)匹配網路將電阻與負載串聯或並聯（接地）。例如，如果源和(hé)傳輸線具有相同的(de)阻抗，但負載的(de)輸入阻抗非常小，則可(kě)以將一個電阻連接到負載的(de)輸入埠，使其阻抗增加，以匹配傳輸線的(de)阻抗。
電阻並聯的(de)話，會得(de)到相反的(de)效果。並聯電阻有效地降低了(le)負載 + 端接電阻並聯電路的(de)等效阻抗，使其與傳輸線的(de)阻抗相匹配。下(xià)圖展示了(le)六種有效的(de)阻抗匹配網路：
圖 2：源阻抗和(hé)負載阻抗的(de)一些常見阻抗匹配網路
請注意! 以上所示的(de)源和(hé)負載的(de)電路模型包括輸出和(hé)輸入電抗值，這些值通(tōng)常僅由電容決定。輸出 / 輸入電容通(tōng)常可(kě)以在相關部件的(de)資料手冊中找到。元件模型中的(de)輸出 / 輸入電容需要與輸出/輸入電阻並聯，電阻值的(de)選擇需要與目標頻率下(xià)的(de)準確阻抗值相匹配。
設計和(hé)類比阻抗匹配網路
通(tōng)常在特定頻率或特定波形下(xià)類比阻抗匹配網路。涉及類比信號時，一些工程師發現在頻域中設計更為容易。但是，如果不熟悉頻域SPICE模擬，也(yě)可(kě)以使用(yòng)正弦電壓源在時域中進行。涉及數位信號或任意波形時，在時域中設計和(hé)模擬會好很多(duō)，因為頻域類比需要估計這些信號的(de)功率頻譜。
首先將一個源與一個具有規定阻抗的(de)等效電阻串聯，進行模擬；然後，將其串聯到一個具有規定阻抗的(de)電阻上，從而模擬傳輸線；最後，將其串聯到負載，負載用(yòng)一個具有規定阻抗的(de)電阻表示。
為了(le)確定網路是否與傳輸線的(de)負載阻抗匹配，需要測量流經網路的(de)電流和(hé)網路上的(de)電壓降。透過計算(suàn)電壓電流比可(kě)以得(de)到阻抗；還可(kě)以計算(suàn)匹配網路中累積的(de)相位差。
圖 3：並聯電阻阻抗匹配網路中電壓和(hé)電流的(de)大(dà)小和(hé)相位差的(de)方程式
一旦建立了(le)確定負載阻抗的(de)模型，就可(kě)以調整阻抗匹配網路中電路元件值，從而確定匹配的(de)負載何時具有所需的(de)阻抗值。這需要迴圈訪問連續的(de)電路元件值。然後，可(kě)以使用(yòng) Optimizer（優化(huà)器）來確定匹配阻抗所需的(de)確切元件值。
關於阻抗受控佈線的(de)說明(míng)
阻抗受控佈線是一種很好的(de)方法，可(kě)確保走線的(de)阻抗值與電路闆中各種源和(hé)負載的(de)阻抗匹配，進而確保電路闆中大(dà)多(duō)數互連線的(de)阻抗匹配。許多(duō)根據特定信號標準專門設計的(de)元件可(kě)實現特定的(de)阻抗值，因此隻需考慮設計出與特定阻抗匹配的(de)走線幾何形狀。
然而，即使使用(yòng)特定的(de)信號標準，也(yě)並非所有元件都能實現阻抗匹配，而且受控佈線也(yě)不能消除特定互連線中的(de)阻抗不匹配。因此，應始終分(fēn)別檢查負載 / 源的(de)輸入 / 輸出阻抗，確定哪些互連線需要阻抗匹配網路。
譯文授權轉載出處 (映陽科技協同校閱)
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