阻抗匹配示例专题培训课件

RG58
RG59
RG62
电视天线
有线电视电缆
双绞线
自由空间
50欧 52欧 75欧 93欧 300欧 75欧 100 – 130欧 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。
阻抗/瞬时阻抗/特征阻抗
反射
Ex E0x cost z Hy H0y cost 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；
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 Qt C Vx CL xxvVCLvV 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
阻抗匹配示例
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
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
阻抗匹配实例
反射系数 电压
Z 2 =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。
按照电路特性，求解微分方程，得出特征阻抗 Z 0
Z0 VI VI
RjwL GjwC
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
抗即为传输线的特性阻抗，标为：Z 0
著名的特性阻抗：
RG174
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。
2-4GHz
射频频率范围：通常是指从VHF到S波段
阻抗失配的示例
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：
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Z 1 ，第二区域的瞬态阻抗是 Z 2 ，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+V反射=Z 22+ZZ21
电容的时间；C L 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。
传输线的瞬时阻抗为：
PCB常用微带线的瞬时阻抗：
ZV V 83 I CLvV CL
r
其中： r 表示材料的介电常数
Z83 CL
r
83 3.3
450
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 jw L Iz z V z z V z
Baidu Nhomakorabea
L z i m 0 V z z z V z d V d Z z R jw L Iz
使用基尔霍夫电压定律得出：
I z V z z G j w C z I z z L z i m 0 Iz z z Iz d I d Z z G jw C V z
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