核心要點

負阻抗變換器（NIC）是一種能在輸入端模擬負阻抗的電路。

負阻抗變換器應用廣泛，涵蓋模擬信號處理和控制系統等領域，可用于穩定或調整電路的輸入阻抗。

在將負阻抗變換器集成到印刷電路板（PCB）時，必須深入理解阻抗匹配和 PCB 設計原理，以達到預期效果。

負阻抗變換器可匹配麥克風、揚聲器和音頻源的阻抗，從而最大限度地減少信號失真。

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

負阻抗變換器應用于多個領域，包括模擬信號處理和控制系統，用于穩定或改變電路的輸入阻抗。通過引入 “負” 阻抗，負阻抗變換器可以抵消或補償另一個元件的阻抗，從而獲得所需的整體輸入阻抗，這在需要阻抗匹配或負載抵消時非常有用。

負阻抗變換器可采用運算放大器、晶體管或其他有源元件等電子元件設計而成。它們并非真正的負電阻或負電感，而是通過電路設計產生等效效果。

負阻抗變換器的常見應用

天線匹配：匹配天線與發射機或接收機的阻抗，確保高效的功率傳輸。

放大器穩定性：穩定高增益放大器的輸入阻抗，防止振蕩或其他不穩定問題。

傳感器接口：為輸出阻抗變化的傳感器提供穩定負載，確保信號處理的準確性。

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

可變增益控制：控制放大器或衰減器的增益，實現信號幅度的動態調整。

電機控制：調整電機的阻抗，以便更好地控制電機的運行狀態和性能。

聲學系統：匹配麥克風、揚聲器和音頻源的阻抗，確保高效的信號傳輸并最大限度地減少信號失真。

有源濾波器：用于有源濾波器設計，以獲得特定的頻率響應，這在音頻信號處理等應用中很有用。

復雜阻抗模擬：模擬無源元件難以實現的復雜阻抗值，使電路設計更具靈活性。

波形整形：在波形生成和調制中對輸出波形進行整形，以滿足特定的阻抗要求，確保信號的正確傳輸。

電路補償：補償電路中元件的寄生阻抗效應，提高系統的整體性能和穩定性。

反饋網絡：調節運算放大器或其他元件的輸入阻抗，這對控制系統和濾波器有益。

01

將負阻抗變換器集成到 PCB 設計中

將負阻抗變換器電路集成到 PCB 設計中，對整體布局和元件放置有顯著影響。負阻抗變換器電路可能需要電阻器和電容器等無源元件，必須精心放置這些元件以優化阻抗轉換。負阻抗變換器及其相關元件的放置應具有策略性，以縮短信號路徑長度并減少干擾。

適當的接地和電源平面設計可能也是必要的，以確保干凈穩定的電源分配，特別是在高頻應用中。精心的布線對信號完整性至關重要，需要進行全面測試以驗證阻抗變換，因此在 PCB 布局和設計中，負阻抗變換器是一個必須考慮的因素。

以下是設計負阻抗變換器并將其集成到 PCB 設計中的基本步驟：

01

設計負阻抗變換器電路：

為你的應用選擇合適的電路拓撲。最常見的負阻抗變換器電路使用運算放大器和無源元件。

確定所需的負阻抗值，以匹配負載阻抗或實現所需的阻抗變換。

根據所需的阻抗轉換和電路拓撲，計算元件值，包括電阻器和電容器。

02

原理圖設計：

使用 PCB 設計軟件創建負阻抗變換器電路的原理圖。

確保連接正確，并為元件適當標注。

03

PCB 布局：

將原理圖設計轉換為 PCB 布局。

在 PCB 上放置元件，考慮放置、布線和信號完整性等因素。

盡量縮短跡線長度，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的間距。

添加接地和電源平面，以減少噪聲并確保穩定的電源分配。

04

元件選擇：

為你的設計選擇合適的元件，包括運算放大器、電阻器和電容器。

考慮容差、溫度穩定性和電壓額定值等因素。

05

布線：

精心布線，保持信號路徑短并減少干擾。

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

06

電源分配：

確保為你的負阻抗變換器電路提供穩定且干凈的電源分配。

使用適當的去耦電容器濾除高頻噪聲并保持穩定的電源軌。

07

測試與調試：

在將 PCB 設計送去制造之前，在面包板或原型板上測試負阻抗變換器電路，確保其按預期工作。

使用網絡分析儀或阻抗電橋驗證阻抗變換。

08

制造與組裝：

一旦對電路性能滿意，將 PCB 設計文件送去制造。

采購元件并組裝 PCB。

09

測試與調諧：

組裝后測試 PCB，確保其按預期工作。

如有必要，調整元件值以實現所需的阻抗轉換。

10

文檔編制：

為你的負阻抗變換器電路創建詳盡的文檔，包括原理圖、PCB 布局、材料清單以及設計說明或注意事項。

02

Cadence 擁有你所需的工具

在設計負阻抗變換器并將其集成到 PCB 中時，深入理解阻抗匹配和 PCB 設計原理以達到預期效果至關重要。此外，在進行 PCB 制造之前，考慮使用工具來模擬和驗證電路性能。Cadence 的 PCB 設計和分析軟件工具，特別是其 Allegro X Design Platform，可以幫助你更好的完成 PCB 設計任務。