如何在电路和传输线中使用输入阻抗
熟悉传输线理论的设计师应该能够理解如何利用它来确定什么是“电气长度”的互连，而不是仅仅根据经验法则使用10%的波长值。输入阻抗在电路中也遵循类似的概念，尽管我们通常不会将电路视为由连接不同元件的传输线构成。
输入阻抗是理解电子器件中不同元件之间传输线连接的一个重要方面。输入阻抗主要用于射频设计，但它也可用于开发高速设计中的传递函数，然后利用因果模型预测脉冲响应。在处理输入阻抗时，几乎从未涉及的一个问题是元件之间的互连如何改变传播信号所见的阻抗。我将通过一些简单的例子来说明这种情况是如何产生的，以及它如何决定信号所见的实际输入阻抗。
了解输入阻抗
简要总结与输入阻抗、特性阻抗、传输线和电路相关的重要定义。
电路输入阻抗
如果我们观察一个典型的电路，它会有多个阻抗，如下图所示。在这个概念示例中，我们有一个具有特定输出阻抗 (Zout) 的驱动器，并且该电路具有多个阻抗，这些阻抗组合起来形成一个输入阻抗。在下面的示例中，输入阻抗就是等效阻抗 Zin= Z1 + (Z2 || (Z3 + Z4 ) )。
当驱动器激励电路时，驱动器的输出阻抗Zout和电路的输入阻抗 Z in之间存在一个反射系数 (S11) 。通过匹配阻抗，我们可以在每个输入端口实现最小反射（如上图所示的级联电路所示）。输入阻抗无法反映电路内部各个元件之间发生了什么。构成电路的四个阻抗中的任何一个之间都可能发生反射。
需要阻抗控制的现代元件通常采用片上端接技术，以便在较宽的带宽范围内提供可靠的阻抗值。在非常高的频率下，由于封装寄生效应（芯片电容和引脚/键合线电感），输出阻抗将再次变为电抗性，从而限制从驱动器到负载的功率传输。
以上介绍了直接连接到电路的驱动器组件的基础知识。如果驱动器和负载电路之间有一条传输线，会发生什么情况呢？
特性阻抗
如果您在谷歌搜索“传输线阻抗”，最有可能在搜索结果的第一页看到的就是特性阻抗的定义。大多数设计人员可能都熟悉特性阻抗，因为它是在集总电路模型中定义的。该模型返回以下常用的特性阻抗公式：
传输线的等效电路模型和特性阻抗。
在足够高的频率或足够低的损耗下，特性阻抗变为纯电阻并收敛于以下值：
传输线在高频极限下的特性阻抗。
请注意，这里忽略了趋肤效应，该效应适用于高达约1 GHz 带宽的数字信号。您可以使用不同走线几何形状的标准公式，根据传播延迟和特性阻抗推导出 L 和 C 的值。然后，您可以使用这些电路值来优化走线宽度和电感，并最大限度地减少瞬态振铃。
特性阻抗有时也称为“浪涌阻抗”，与术语“浪涌阻抗负载”相关。电力系统工程师经常使用该术语来量化通过输电线路传输并在负载处看到的功率。
传输线+电路
现在，如果驱动器和接收器之间有一条传输线，我们会在源组件附近有一个“新的”输入阻抗。该输入阻抗现在取决于传输线的特性阻抗、传输线的长度以及沿传输线的传播常数。
由此我们得到了传输线临界长度的定义；它基于传播常数、线路长度和频率之间的关系，任何关于上升时间的规则都只是近似值，不应用于高速设计或射频设计。这也是大多数设计指南止步于此，不再继续探讨射频设计或高速设计中实际情况的原因之一。
级联元件的输入阻抗
现在我们需要考虑一个实际的情况：一条传输线上有多个元件，甚至有多条线路，它们全部级联起来形成一个更复杂的网络。在这种情况下，输入阻抗是多少？
让我们考虑一下在射频设计或PCIe 布线中可能遇到的一种常见情况，即线路上放置了一个交流耦合电容。在雷达频率的射频情况下，或者在较新的 PCIe 或高千兆以太网中发现的超高带宽信号下，互连就像线路各部分之间有两段传输线一样。那么，当三个元件级联时，输入阻抗是多少呢？
答案是：源端的输入阻抗与所有下游部分的输入阻抗相关。这是一个电感问题，如下图所示。电容器将具有其自身的输入阻抗值(ZinC )，该值取决于传输线 #2 的输入阻抗和负载阻抗。这两个输入阻抗将决定传输线 #1 的输入阻抗。
希望您能明白这种归纳推理是如何无限延伸的。上述情况与高速数字系统中的复杂程度大致相同，除非您必须遍历连接器，在这种情况下，您将处理级联的S 参数。在射频系统中，如果您现在必须设计阻抗匹配网络，情况会变得非常复杂，而且由于您需要匹配系统各部分之间的阻抗，系统规模可能会变得很大。
上述系统应该会引发一个悬而未决的问题：输入端的 S 参数是什么？由于我们有一个级联系统，因此您需要确定该网络的级联 S 参数矩阵。使用上图所示的迭代输入阻抗，您可以在输入端口得到 S11，但仅此而已。要获得完整的 S 参数，您需要使用涉及可级联参数集的矩阵计算；ABCD 参数是理想的选择。事实上，如果您使用 MATLAB 计算，其文档指出他们使用 ABCD 到 S 参数的转换来获取上述网络的级联 S 参数。进行这些计算是一个好主意，因为它们可以作为评估互连设计的测量基础。
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