Собственная частота резонанса несогласованного сегмента линии передачи
Определим собственную частоту резонанса прямой линии передачи длиной L=10 см.
F0 = V/4L = 1,66х108 / 0,4 = 415 МГц
Где L длина линии передачи, равная четверти длины волны
= 4l = 0,4 м
Результаты расчета
Расчетным путем определены основные параметры однородной микрополосковой линии передачи длиной 10 см выполненной в печатной плате с диэлектриком
FR-4 с электрической проницаемостью равной 4, а именно:
собственная частота резонанса 415 МГц,
минимальная верхняя граница полосы частот 530 МГц,
максимальная частота сигнала меандр не менее 100 МГц,
минимальное время нарастания/спада прямоугольного импульса 660 пс.
Определение параметров линий передачи в среде моделирования/анализа HyperLynx SI/PI Mentor (A Siemens Business)
Выбор IBIS моделей передатчика и приемника сигнала
Точность моделирования определяется достоверностью IBIS модели драйвера и приемника тракта передачи данных.
Выбор IBIS модели передатчика и приемника для анализа характеристик тракта передачи должен определяться конкретными микросхемами, используемыми в электрической схеме. Часто запросить и получить у производителя нужную IBIS модель достаточно сложно, а иногда невозможно.
Можно разработать собственную IBIS модель для отдельного драйвера, источника или целой микросхемы, используя справочные характеристики. Такой подход потребует времени и наличия опыта.
Достаточно быстрым практическим решением для качественной оценки параметров линии передачи может быть использование готовых IBIS моделей, имеющихся в библиотеке среды моделирования/анализа, учитывая возможное влияние их свойств на результат анализа.
При работе в среде HyperLynx будут использоваться IBIS модели КМОП драйвера и передатчика микросхемы FPGA Virtex-4 с наименованиями LVCMOS33_S_4.IBS, LVCMOS33_S_12.IBS, LVCMOS33_S_24.IBS (отличия в цифрах означают различный ток драйвера от 4 до 24 мА соответственно) если не указаны другие модели.
Рис. 9 IBIS модель входа/выхода КМОП Virtex-4
На следующем рисунке представлена переходная характеристика однородной прямой микрополосковой линии передачи.
Рис. 10 Переходная характеристика однородной микрополосковой линии передачи при использовании IBIS модели входа/выхода КМОП Virtex-4
При использовании IBIS модели отечественного процессора 1892ВМ15, переходная характеристика будет иметь другой вид.
Рис. 11 Переходная характеристика однородной микрополосковой линии передачи при использовании IBIS модели входа/выхода отечественного процессора 1892ВМ15
При использовании IBIS модели ПЛИС Virtex-4 переходная характеристика без колебательного процесса свойственна апериодическому RC звену первого порядка, не склонного к возбуждению.
Колебательный процесс в переходной характеристике при использовании IBIS модели процессора 1892ВМ15 говорит о наличии в линии распределенной емкости и распределенной индуктивности, которые формируют RLC звено второго порядка.
В IBIS модели Virtex-4 значение емкости не превышает 10 пФ. Значение выходного сопротивления источника в режиме ограничения выходного тока значением 4 мА может составлять десятки Ом. Именно наличие ограничивающего ток выходного последовательного сопротивления, как и в случае последовательного согласования, приводит к устранению «звона», получению более пологого монотонного фронта, но также является причиной ограничения полосы частот.
Анализ параметра S12 однородной микрополосковой линии передачи
Переходная характеристика позволяет провести быструю оценку амплитудно-частотной характеристики линии передачи (переход из временной области в частотную область) в совокупности со всеми элементами тракта передачи, включая источник и приемник сигнала.
Передаточная характеристика [6] (или анализ параметров S12, S21 в частотной области) определяет поведение только линии передачи, представленной в виде четырехполюсника, без учета характеристик источника и приемника сигнала (то есть, без учета влияния выбранной IBIS модели).
Анализ параметров S11, S22 во временной области позволяет определить наличие неоднородности, расстояние до неоднородности и характеристики неоднородности в линии передачи.