何時應使用阻抗匹配網路，哪種網路適合系統？
答案是：「視情況而定」。如果設計兩個零件之間的互連線時，源和負載的阻抗不匹配，那麼則很有可能需要一個匹配網路。
是否需要阻抗匹配網路？
答案取決於信號的上升時間和沿互連線的傳播延遲。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四分之一（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放大器，在確定阻抗匹配需求時，需要考慮所需的最大輸出頻率。這通常透過取最大輸出頻率（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。對於最大輸出頻率，該等效上升時間等於振盪週期的 35%。一旦傳播延遲超過該上升時間的 50%，就需要阻抗匹配。
圖 1：放大器阻抗匹配的條件
阻抗匹配網路
首先，需要注意的是，通常只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。這是因為傳輸線的阻抗可以透過調整其幾何形狀來調整。如此一來，可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。
通常，每條單端傳輸線與源的阻抗都匹配，而且有一個匹配網路與負載連接。目標是改變由負載 + 匹配網路形成的等效電路的阻抗，使其匹配傳輸線的阻抗。
可供選擇的有幾種阻抗匹配網路：最簡單的匹配網路將電阻與負載串聯或並聯（接地）。例如，如果源和傳輸線具有相同的阻抗，但負載的輸入阻抗非常小，則可以將一個電阻連接到負載的輸入埠，使其阻抗增加，以匹配傳輸線的阻抗。
電阻並聯的話，會得到相反的效果。並聯電阻有效地降低了負載 + 端接電阻並聯電路的等效阻抗，使其與傳輸線的阻抗相匹配。下圖展示了六種有效的阻抗匹配網路：
圖 2：源阻抗和負載阻抗的一些常見阻抗匹配網路
請注意! 以上所示的源和負載的電路模型包括輸出和輸入電抗值，這些值通常僅由電容決定。輸出 / 輸入電容通常可以在相關部件的資料手冊中找到。元件模型中的輸出 / 輸入電容需要與輸出/輸入電阻並聯，電阻值的選擇需要與目標頻率下的準確阻抗值相匹配。
設計和類比阻抗匹配網路
通常在特定頻率或特定波形下類比阻抗匹配網路。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，也可以使用正弦電壓源在時域中進行。涉及數位信號或任意波形時，在時域中設計和模擬會好很多，因為頻域類比需要估計這些信號的功率頻譜。
首先將一個源與一個具有規定阻抗的等效電阻串聯，進行模擬；然後，將其串聯到一個具有規定阻抗的電阻上，從而模擬傳輸線；最後，將其串聯到負載，負載用一個具有規定阻抗的電阻表示。
為了確定網路是否與傳輸線的負載阻抗匹配，需要測量流經網路的電流和網路上的電壓降。透過計算電壓電流比可以得到阻抗；還可以計算匹配網路中累積的相位差。
圖 3：並聯電阻阻抗匹配網路中電壓和電流的大小和相位差的方程式
一旦建立了確定負載阻抗的模型，就可以調整阻抗匹配網路中電路元件值，從而確定匹配的負載何時具有所需的阻抗值。這需要迴圈訪問連續的電路元件值。然後，可以使用 Optimizer（優化器）來確定匹配阻抗所需的確切元件值。
關於阻抗受控佈線的說明
阻抗受控佈線是一種很好的方法，可確保走線的阻抗值與電路板中各種源和負載的阻抗匹配，進而確保電路板中大多數互連線的阻抗匹配。許多根據特定信號標準專門設計的元件可實現特定的阻抗值，因此只需考慮設計出與特定阻抗匹配的走線幾何形狀。
然而，即使使用特定的信號標準，也並非所有元件都能實現阻抗匹配，而且受控佈線也不能消除特定互連線中的阻抗不匹配。因此，應始終分別檢查負載 / 源的輸入 / 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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