如何设计和模拟一个阻抗匹配网络吗

当你第一次学习电路设计和你只是想事情了,让它看起来专业,你可能没有考虑串扰,电源完整性或阻抗匹配。一旦我学会了更多关于匹配网络对天线和其他射频设备,我意识到的重要性在高速和高频电路阻抗匹配。

这就引发了一个问题:当你应该使用一个阻抗匹配网络,而网络是适合您的设备?答案是一个坚实的“视情况而定。“如果你正在设计一个两个组件之间的互连,源和负载阻抗不匹配,那么有可能你会需要一个匹配的网络。

我需要一个阻抗匹配网络吗?

答案取决于信号的上升时间和传播延迟以及互连。如果传播延迟超过大约50%的信号上升时间(数字信号),或超过四分之一的振荡周期(模拟信号),那么您将需要考虑阻抗匹配。

与放大器需要输出模拟信号的范围,你需要考虑所需的最大输出频率在确定阻抗匹配的必要性。这通常是通过把最高输出频率(fmax),将它转换为一个振荡周期,并将它转换为一个等价的上升时间(可)。这相当于上升时间等于35%的最高输出频率的振荡周期。一旦传播延迟超过50%的上升时间,然后阻抗匹配成为必要。

条件与放大器的阻抗匹配

一些阻抗匹配网络

首先,重要的是要注意,你通常只需要设计一个阻抗匹配网络的负载或源组件,而不是两个。这是由于传输线的阻抗可以调节调整其几何学。这允许您立即跟踪匹配阻抗源或负载,和一个匹配的网络将会连接到其他组件。

通常,每个单端传输线阻抗匹配的源,和一个匹配的网络连接到负载。我们的目标是改变形成的等效电路的阻抗负载+匹配网络,传输线的阻抗匹配。

有几个可能的阻抗匹配网络可供选择。最简单的匹配网络的地方一个电阻串联或并联负载(连接到地面)。例如,如果源和传输线阻抗相同,但负载的输入阻抗很小,你可以连接一个电阻负载的输入端口,以便其阻抗增加输电线路的阻抗匹配。

并联电阻,你有相反的效果。并联电阻有效地减少负载的等效阻抗+终端电阻器并联电路,以便它与传输线阻抗匹配。六个有用的阻抗匹配网络如下图所示:

一些常见的与源和负载阻抗阻抗匹配网络

请注意,电路模型源和负载上面包括输出和输入电抗值,通常是由于电容。输出/输入电容通常可以找到感兴趣的数据表的组件。组件模型的输出/输入电容器需要放置在与输出/输入电阻和电阻的值需要选择匹配的阻抗值在感兴趣的频率。

设计和模拟一个阻抗匹配网络

一般来说,阻抗匹配网络模拟在特定频率或与特定的波形。当你使用一个模拟信号,一些设计师更容易在频域内工作。然而,如果你不熟悉频域香料模拟,你可以在时域使用正弦电压源。在处理数字信号或任意波形时,你得更好在时域频域模拟因为工作需要近似这些信号的功率谱。

仿真始于源串联的等效电阻与阻抗定义。这将连接串联电阻与阻抗定义,旨在模拟输电线路。最后,本系列将连接负载,这是使用一个电阻与阻抗定义表示。

确定您的网络是否正常传输线与负载阻抗匹配,您将需要测量电流流经网络和网络上的电压降。电压,电流的大小比例会告诉你阻抗。你也可以计算出相位差,积累在匹配网络。

方程和电压和电流之间的相位差大小在一个平行电阻阻抗匹配网络

一旦你建立了一个模型来确定负载的阻抗,你可以调整值电路阻抗匹配网络中的元素来确定当你匹配负载所需的阻抗值。您将需要遍历连续电路元件值。然后您可以确定具体的使用优化器组件值必须匹配阻抗。

关于阻抗控制的路由

阻抗控制的路由是一个伟大的方式,以确保董事会的互联阻抗匹配这将确保你的痕迹的阻抗值匹配各种来源和负载的阻抗。许多组件为特定的信号设计标准将容纳一个特定的阻抗值,你将只需要担心设计跟踪几何匹配特定的阻抗。

然而,即使你在哪里使用特定的信号标准,并不是所有的组件可能是阻抗匹配和控制路由不会消除阻抗失配特别是互联。你应该经常检查负载的输入/输出阻抗/来源,分别以确定哪些互联要求阻抗匹配网络。

使用正确的电路模拟和分析包使用时容易得多OrCAD PSpice软件模拟器从节奏。你将能够分析特定的阻抗匹配网络的频域行为及其在处理数字信号瞬态行为。这种独特的包是专门适应复杂PCB设计。

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