核心要點(diǎn)

負(fù)阻抗變換器（NIC）是一種能在輸入端模擬負(fù)阻抗的電路。

負(fù)阻抗變換器應(yīng)用廣泛，涵蓋模擬信號(hào)處理和控制系統(tǒng)等領(lǐng)域，可用于穩(wěn)定或調(diào)整電路的輸入阻抗。

在將負(fù)阻抗變換器集成到印刷電路板（PCB）時(shí)，必須深入理解阻抗匹配和 PCB 設(shè)計(jì)原理，以達(dá)到預(yù)期效果。

負(fù)阻抗變換器可匹配麥克風(fēng)、揚(yáng)聲器和音頻源的阻抗，從而最大限度地減少信號(hào)失真。

負(fù)阻抗變換器（NIC）是一種能在輸入端模擬負(fù)阻抗的電路。與具有正阻抗的典型無(wú)源元件不同，負(fù)阻抗變換器所構(gòu)建的電路元件看似具有負(fù)阻抗。

負(fù)阻抗變換器應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，包括模擬信號(hào)處理和控制系統(tǒng)，用于穩(wěn)定或改變電路的輸入阻抗。通過引入 “負(fù)” 阻抗，負(fù)阻抗變換器可以抵消或補(bǔ)償另一個(gè)元件的阻抗，從而獲得所需的整體輸入阻抗，這在需要阻抗匹配或負(fù)載抵消時(shí)非常有用。

負(fù)阻抗變換器可采用運(yùn)算放大器、晶體管或其他有源元件等電子元件設(shè)計(jì)而成。它們并非真正的負(fù)電阻或負(fù)電感，而是通過電路設(shè)計(jì)產(chǎn)生等效效果。

負(fù)阻抗變換器的常見應(yīng)用

天線匹配：匹配天線與發(fā)射機(jī)或接收機(jī)的阻抗，確保高效的功率傳輸。

放大器穩(wěn)定性：穩(wěn)定高增益放大器的輸入阻抗，防止振蕩或其他不穩(wěn)定問題。

傳感器接口：為輸出阻抗變化的傳感器提供穩(wěn)定負(fù)載，確保信號(hào)處理的準(zhǔn)確性。

阻抗匹配：匹配兩個(gè)元件或電路的阻抗，以確保高效的功率傳輸、減少信號(hào)損失并最大限度地減少反射。

可變?cè)鲆婵刂疲嚎刂品糯笃骰蛩p器的增益，實(shí)現(xiàn)信號(hào)幅度的動(dòng)態(tài)調(diào)整。

電機(jī)控制：調(diào)整電機(jī)的阻抗，以便更好地控制電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和性能。

聲學(xué)系統(tǒng)：匹配麥克風(fēng)、揚(yáng)聲器和音頻源的阻抗，確保高效的信號(hào)傳輸并最大限度地減少信號(hào)失真。

有源濾波器：用于有源濾波器設(shè)計(jì)，以獲得特定的頻率響應(yīng)，這在音頻信號(hào)處理等應(yīng)用中很有用。

復(fù)雜阻抗模擬：模擬無(wú)源元件難以實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜阻抗值，使電路設(shè)計(jì)更具靈活性。

波形整形：在波形生成和調(diào)制中對(duì)輸出波形進(jìn)行整形，以滿足特定的阻抗要求，確保信號(hào)的正確傳輸。

電路補(bǔ)償：補(bǔ)償電路中元件的寄生阻抗效應(yīng)，提高系統(tǒng)的整體性能和穩(wěn)定性。

反饋網(wǎng)絡(luò)：調(diào)節(jié)運(yùn)算放大器或其他元件的輸入阻抗，這對(duì)控制系統(tǒng)和濾波器有益。

01

將負(fù)阻抗變換器集成到 PCB 設(shè)計(jì)中

將負(fù)阻抗變換器電路集成到 PCB 設(shè)計(jì)中，對(duì)整體布局和元件放置有顯著影響。負(fù)阻抗變換器電路可能需要電阻器和電容器等無(wú)源元件，必須精心放置這些元件以優(yōu)化阻抗轉(zhuǎn)換。負(fù)阻抗變換器及其相關(guān)元件的放置應(yīng)具有策略性，以縮短信號(hào)路徑長(zhǎng)度并減少干擾。

適當(dāng)?shù)慕拥睾?a target="_blank">電源平面設(shè)計(jì)可能也是必要的，以確保干凈穩(wěn)定的電源分配，特別是在高頻應(yīng)用中。精心的布線對(duì)信號(hào)完整性至關(guān)重要，需要進(jìn)行全面測(cè)試以驗(yàn)證阻抗變換，因此在 PCB 布局和設(shè)計(jì)中，負(fù)阻抗變換器是一個(gè)必須考慮的因素。

以下是設(shè)計(jì)負(fù)阻抗變換器并將其集成到 PCB 設(shè)計(jì)中的基本步驟：

01

設(shè)計(jì)負(fù)阻抗變換器電路：

為你的應(yīng)用選擇合適的電路拓?fù)?。最常見的?fù)阻抗變換器電路使用運(yùn)算放大器和無(wú)源元件。

確定所需的負(fù)阻抗值，以匹配負(fù)載阻抗或?qū)崿F(xiàn)所需的阻抗變換。

根據(jù)所需的阻抗轉(zhuǎn)換和電路拓?fù)?，?jì)算元件值，包括電阻器和電容器。

02

原理圖設(shè)計(jì)：

使用 PCB 設(shè)計(jì)軟件創(chuàng)建負(fù)阻抗變換器電路的原理圖。

確保連接正確，并為元件適當(dāng)標(biāo)注。

03

PCB 布局：

將原理圖設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換為 PCB 布局。

在 PCB 上放置元件，考慮放置、布線和信號(hào)完整性等因素。

盡量縮短跡線長(zhǎng)度，使跡線盡可能短且直接。

注意元件方向，并確保元件封裝有適當(dāng)?shù)拈g距。

添加接地和電源平面，以減少噪聲并確保穩(wěn)定的電源分配。

04

元件選擇：

為你的設(shè)計(jì)選擇合適的元件，包括運(yùn)算放大器、電阻器和電容器。

考慮容差、溫度穩(wěn)定性和電壓額定值等因素。

05

布線：

精心布線，保持信號(hào)路徑短并減少干擾。

遵循信號(hào)完整性的最佳實(shí)踐，如避免尖角、使用接地和電源平面以及管理高速信號(hào)跡線。

06

電源分配：

確保為你的負(fù)阻抗變換器電路提供穩(wěn)定且干凈的電源分配。

使用適當(dāng)?shù)娜ヱ铍娙萜鳛V除高頻噪聲并保持穩(wěn)定的電源軌。

07

測(cè)試與調(diào)試：

在將 PCB 設(shè)計(jì)送去制造之前，在面包板或原型板上測(cè)試負(fù)阻抗變換器電路，確保其按預(yù)期工作。

使用網(wǎng)絡(luò)分析儀或阻抗電橋驗(yàn)證阻抗變換。

08

制造與組裝：

一旦對(duì)電路性能滿意，將 PCB 設(shè)計(jì)文件送去制造。

采購(gòu)元件并組裝 PCB。

09

測(cè)試與調(diào)諧：

組裝后測(cè)試 PCB，確保其按預(yù)期工作。

如有必要，調(diào)整元件值以實(shí)現(xiàn)所需的阻抗轉(zhuǎn)換。

10

文檔編制：

為你的負(fù)阻抗變換器電路創(chuàng)建詳盡的文檔，包括原理圖、PCB 布局、材料清單以及設(shè)計(jì)說明或注意事項(xiàng)。

02

Cadence 擁有你所需的工具

在設(shè)計(jì)負(fù)阻抗變換器并將其集成到 PCB 中時(shí)，深入理解阻抗匹配和 PCB 設(shè)計(jì)原理以達(dá)到預(yù)期效果至關(guān)重要。此外，在進(jìn)行 PCB 制造之前，考慮使用工具來(lái)模擬和驗(yàn)證電路性能。Cadence 的 PCB 設(shè)計(jì)和分析軟件工具，特別是其 Allegro X Design Platform，可以幫助你更好的完成 PCB 設(shè)計(jì)任務(wù)。