本文要點

L 型網絡阻抗匹配是一個簡單的濾波器，由兩個電抗元件組成。

L 型濾波器具有較寬的帶寬，但在載波頻率下響應速度緩慢。

設計人員可以組合多個 L 型濾波器，實現更穩健的響應以及更高的品質因數。

阻抗匹配是電路功耗（傳輸和損耗）的一個基本主題，也是提高整體性能的有效手段。通過移除線路阻抗的電抗元件，阻抗匹配還可以提高電路穩定性，降低駐波的影響，避免因能量反射而損壞設備。尋找理想的阻抗匹配解決方案并非易事，因為設計人員必須在響應范圍與通過/拒絕 dB 級別之間權衡取舍。L 型網絡阻抗匹配是濾波器設計的良好開端，同時也是一種低成本、寬帶寬的濾波響應解決方案。

L 型網絡阻抗匹配只需兩個電抗元件

如何構建 L 型網絡濾波器

L 型網絡是一個雙元件濾波網絡，可以單獨使用，也可級聯以構建更復雜的濾波網絡，包括三元件網絡（即 T 和 pi）或更復雜的四元件網絡。需要注意的是，偽四元件網絡（實際上是將中間兩個元件并聯或串聯，起到三元件網絡的作用）與真正的四元件網絡之間存在重大區別。偽四元件網絡由兩個鏡像 L 型網絡組成，而真正的四元件網絡則使用級聯 L 型濾波器，中間元件無法輕易簡化。無論如何，L 型網絡都是這些濾波網絡的基本組成部分。

L 型網絡因其簡單的布局而得名：一個元件與信號線串聯，一個元件與信號線并聯，形成直角，呈現出基本的“L”形。L 型網絡最顯著的優勢是降低了元件成本，使其成為最容易實現的阻抗匹配濾波器（不包括四分之一波長濾波器，這種濾波器因長度限制，僅能在高頻下有效地工作。）要了解 L 型網絡濾波器，我們可以從兩個方面入手：方向和元件電抗。濾波網絡可以使用并聯-串聯結構（即并聯元件距離信號源最近/距離負載最遠）或反之亦然，該結構中的“第一個”元件（同樣取決于信號源/負載）可以是電感器或電容器。請注意，L 型網絡利用電感器和電容器來構建其響應，因此在確定了其中一個元件的電抗后，另一個元件的電抗便會隨之確定（類似于方向）。

L/CL 濾波器配置

這些可能的配置對信號源電流有不同的反應：串聯電容器的 L 型濾波器將通過并聯電感器將電流分流到地，從而阻止低頻信號（即直流電）通過；換句話說，它起到高通濾波器的作用。相反，并聯電容器會在高頻時短路到地，充當低通濾波器。然而，并聯和串聯方向也會影響濾波器的整體阻抗曲線，其中并聯元件決定實際電阻，串聯元件則決定串聯電抗。從這個意義上來說，可以將阻抗匹配視為對電阻和電抗的單獨平衡。由于整個結構本質上類似于分壓器，并聯元件相對于串聯元件的排列方式取決于信號源與負載之間較大的電阻值，從而達到匹配的目的。

L 型網絡阻抗匹配約束

任何濾波器設計都必須在響應帶寬和響應銳度之間找到平衡，這由系統的品質因數來體現。一般而言，L 型網絡濾波器被視為具有低品質因數——它們在載波頻率附近相對較大的帶寬內運行良好，但由于顯著的過阻尼特性，其響應較為平緩。從能量角度來看，每個振蕩周期內存儲的能量與耗散的能量之間的比率較低，因此，L 型網絡濾波器容易出現明顯的能量損失，并且可能會因熱損耗而影響周圍元件和電路板材料的可靠性。相較于具有更高品質因數的三元件和四元件濾波器，L 型網絡無法提供同等的敏銳響應。

鑒于設計的性質，L 型濾波器的品質因數是固定的：在信號源/負載電阻之間，系統中缺乏足夠的變量。因此，品質因數是 L 型濾波器網絡中的固有限制，導致其帶寬/電路響應難以滿足特定應用的需求。設計人員希望確保 L 型濾波器的有限范圍能夠合理地滿足電路的性能需求。另外需要注意的是，濾波器去除多余能量的方式可能有所不同，具體方法的效果通常取決于拓撲結構：

吸收——濾波器與系統設計相匹配，可以吸收任何可能通過系統傳播的雜散電抗。這種方法實現了高通濾波器設計。

共振——濾波器生成一個數值相等但符號相反的電抗，以抵消負載/源的電抗。這種方法實現了低通濾波器設計。

鑒于品質因數的限制，L 型濾波器不同于 T/pi 濾波器，不會對頻率施加固有的限制。在不同拓撲結構下，低通和高通網絡都可以實現。

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L 型網絡阻抗匹配是一種簡單的濾波器匹配方法，雖然不具備特異性，但在調諧頻率方面具有寬帶寬的應用優勢。盡管 L 型濾波器在元件成本和電路板空間方面具有競爭力，但由于品質因數的限制，其應用范圍相較于更廣泛、更強大的濾波器網絡來說有所局限。為了確保信號完整性，必須仔細校準系統響應；Cadence 的 PCB 設計和分析軟件套件為生產團隊提供了豐富的 ECAD 功能。利用 Allegro X ECAD-MCAD Library Creator，快速創建符合標準的新庫，同步 ECAD/MCAD 庫，并輕松為不同技術重新定向現有庫。