インピーダンス整合（インピーダンスマッチング）のやり方

インピーダンス整合についてわかりやすく解説しています。直流回路や低周波回路では電力の最大化が目的となり、USBなどの高速通信を含む高周波回路では反射を抑えることがインピーダンス整合（インピーダンスマッチング）の目的です。

ドライバ回路で負荷を駆動する場合を考えます。 ドライバ側の出力インピーダンスをR O 、負荷のインピーダンスをR L とします。 低周波回路の場合リアクタンス部分は無視できるので、インピーダンスは単純に抵抗値と考えます。 インピーダンスとは？わかりやすく解説 負荷に与えられる電力は、 で計算できます。 V CC =5V、R O =50Ωとして、横軸をR L 、縦軸に電力を取ったグラフを描くと以下のようになります。 R L =R O =50Ωで電力が最大になることが分かります。 つまり、低周波回路でインピーダンス整合の条件は、出力インピーダンスと負荷インピーダンスを一致させることになります。

高周波回路のインピーダンス整合の考え方

なぜ反射が起こるのかを説明するために、同軸ケーブルの等価回路を示します。 配線は小さな静電容量やインダクタンスを持ちます。 上図の等価回路のイメージで、配線全体に一様に分布しています。 反射は、これらのLC成分の共振によって引き起こされます。

反射を抑えるには終端抵抗でLC共振のエネルギーを消費して減衰させる必要があります。 このとき、ケーブルの特性インピーダンスと終端抵抗：RLを一致させる（インピーダンス整合）と、反射がなくなり、かつ最も効率的に信号を伝えることができます。 特性インピーダンスは、伝送線路に交流信号が通った時に発生する電圧と電流の比です。 詳しくは下記の記事をご参照ください。 特性インピーダンスとは？導出・計算方法について解説 ケーブルの特性インピーダンスを50Ωとした場合のシミュレーション結果です。 RL=50Ωの時は反射が発生せず、信号の鈍りもありません。 50Ωより小さくすると、反射はありませんが信号が鈍り、電力損失も大きくなってしまいます。

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