《阻抗匹配示例》PPT课件

阻抗匹配实例
Cadence 信号完整性分析 仿真模型：IBIS模型（Input/Output Buffer Information Specification）
拓扑结构
阻抗匹配实例
仿真结果
阻抗匹配实例
Leabharlann Baidu
阻抗匹配实例
电阻/电容/电容等效模型
+V反射
=
2 Z2 Z2 +Z1
反射系数 电压
Z2 =Z1
0
V入射
Z2 =
1
2×V入射
Z2 = 0
-1
0
反弹图
例：源电压为1V，内阻为10欧，传输线长度1ns，终端开路。
进入传输线的初始电压为：1V×50/(10+50)=0.84V。 1ns后，0.84V的电压到达传输线末端，产生0.84V反射信号返回端。终端电压为1.68V； 再经过1ns后，0.84V反射波到达源端，又一次遇到阻抗突变，源端的反射系数为(10-50)/(10+50) = -0.67， 这时将有0.84V×(-0.67)=-0.56V反射回线远端。线远端开路处将同时测得4个行波：从一次行波中得到 2×0.84=1.68V，从二次反射中得到2×(-0.56)=-1.12V，故总电压为0.56V。
反弹图
源端阻抗匹配
源端串联40欧电阻，源端和终端的电压图
阻抗匹配方法
Smith图
等电阻圆，等电抗圆 等电导圆，等电纳圆
阻抗变换方法： 串联：使用阻抗圆 并联：使用安导圆
阻抗匹配方法
双元件：L形匹配
三元件：T形/ 形匹配
阻抗匹配方法
使用ADS软件进行阻抗匹配
ADS软件简介：ADS电子设计自动化（EDA软件全称为 Advanced Design System，是美国
电流为每步时间间隔从脚底流出注入到每个电容上的电量：电容乘以其两端的电压；
每步之间的时间间隔，等于单位步长除以信号的速度。电流的求解公式如下：
I
Q t
CV x
CLxvV x
CLvV
v
其中：I 表示信号电流；Q 表示每步的电量；C 表示每步的电容；t 表示从一个电容跨到另一个
电容的时间；CL 为单位长度的电容量；x 表示步长；v 表示信号的速度；V 表示信号的电压。
安捷伦（Agilent）公司所生产拥有的电子设计自动化软件；ADS功能十分强大，包含时域电 路仿真 (SPICE-like Simulation)、频域电路仿真 (Harmonic Balance、Linear Analysis)、三 维电磁仿真 、通信系统仿真(Communication System Simulation)和数字信号处理仿真设 （DSP）；支持射频和系统设计工程师开发所有类型的 RF设计，从离散的射频/微波模块到 用于通信和航天/国防的集成MMIC，是当今国内各大学和研究所使用最多的微波/射频电路和 通信系统仿真软件软件。
Lim
z 0
V
z
z
z
V
z
dV z
dZ
R
jwL
I
z
Lim
z 0
I
z
z
z
I
z
dI z
dZ
G
jwC
V
z
按照电路特性，求解微分方程，得出特征阻抗 Z0
Z0
V I
V I
R jwL G jwC
PCB板调整微带线的特征阻抗（调整介质厚度和线宽）。
特性阻抗
对于均匀传输线，当信号在上面传播时，在任何一处受到的瞬态阻抗都是相同的。瞬态阻
传输线的瞬时阻抗为：
PCB常用微带线的瞬时阻抗：
Z V V 83 I CLvV CL
r
其中： r 表示材料的介电常数
83 Z
CL
r
83 3.3
4 50
特征阻抗
一阶模型：特征阻抗
特征阻抗
使用基尔霍夫电压定律得出：
R jwL I zz V z z V z
使用基尔霍夫电压定律得出：
I z V z zG jwCz I z z
阻抗/瞬时阻抗/特征阻抗
反射
如果信号沿互连线传播时所受到的瞬态阻抗发生变化，则一部分信号将被反射，另一
部分发生失真并继续传播下去。
阻抗突变处的反射：若第一个区域的瞬态阻抗是Z1 ，第二区域的瞬态阻抗是 Z2，则反
射系数（反射程度）为：
V反射 = Z2 - Z1 V入射 Z2 Z1
V传输
=V入射
Ex E0x cos t z H y H0 y cos t z
电场分量和磁场分量的比值即为特征阻抗：
Ex Hy
Z0
0r 0r
377 r r
：磁导率 ：介电常数
特征阻抗
阻抗 = 电压/电流 零阶模型：传输线瞬时阻抗
特征阻抗
在这个模型中，每个小电容的大小就是传输线单位长度的电容量与步长的乘积；
抗即为传输线的特性阻抗，标为：Z0
著名的特性阻抗：
RG174
50欧
RG58
52欧
RG59
75欧
RG62
93欧
电视天线
300欧
有线电视电缆
75欧
双绞线
100 – 130欧
自由空间
377欧
阻抗/瞬时阻抗/特征阻抗
不同观测时刻和不同连接线长度的瞬时阻抗 下图为同轴电缆（无损耗），通过欧姆表测量轴心导体和外导体的阻抗。
2-4GHz
阻抗失配的示例
1. 振铃效应
2. 功率损耗
输出端功率较输入端有较大的损耗
传输线及传输线理论
当信号的波长可于分立电路元件的几何尺寸相比拟时，电压和电流不再保持空间 不变，必须把它们看做传输的波。信号采用传输线理论进行分析。
常用的传输线：双线传输线，同轴线，微带线。
特征阻抗
电磁场理论：特征阻抗 在自由空间，向正z方向传播的平面电磁波可写成典型的正弦波的形式：
射频阻抗匹配
IEEE频谱分段
频段 ELF（极低频）
VF（音频） VLF（甚低频）
LF（低频） MF（中频） HF（高频） VHF（甚高频） UHF（特高频） SHF（超高频） EHF（极高频）
亚毫米波 S波段
IEEE频谱
频率 30-300Hz 300-3000Hz 3-30KHz 30-300KHz 300-3000KHz 3-30MHz 30-300MHz 300-3000MHz 3G-30GHz 30G-300GHz 300G-3000GHz