Материал: Электромагнитная совместимость радиотехнических систем. лабораторный практикум. Федоров С.М., Ищенко Е.А
Использование современных программных продуктов для анализа линий питания значительно упростили поиск «узких» мест с высоким сопротивлением, а, следовательно, и поиск способов решения данных проблем.
2. Задание № 1
В соответствии с формулой (6) необходимо найти ширину проводника, при котором будет достигнуто требуемое сопротивление в соответствии с вариантом (табл. 10). Для этого можно воспользоваться несколькими способами – выразить искомую переменную; построить графическую зависимость; воспользоваться пакетами математического анализа, решив уравнение.
|
|
|
|
|
|
Таблица 10 |
|
Варианты заданий для определения ширины проводника (рис. 94,а)) |
|||||||
Вариант |
0 |
, Ом |
T, мкм |
Тип диэлектрика |
H, мм |
|
|
1 |
50 |
35 |
Fr-4 |
0,1 |
4,3 |
|
|
2 |
10 |
35 |
RO4730G3 |
0,145 |
2,8 |
|
|
3 |
75 |
10 |
Fr-4 |
2 |
4,3 |
|
|
4 |
10 |
10 |
Duroid 5880LZ |
0,787 |
1,96 |
|
|
5 |
|
8 |
35 |
IsoClad 917 |
1,57 |
2,17 |
|
6 |
|
5 |
35 |
TSM-DS3 |
2,29 |
3 |
|
7 |
|
7 |
10 |
NH9000 |
0,13 |
2,94 |
|
8 |
|
6 |
10 |
Флан-2,8 |
0,5 |
2,8 |
|
9 |
25 |
35 |
IS680XX |
1 |
2,8 |
|
|
10 |
50 |
35 |
N8000Q |
1,3 |
3,3 |
|
|
Полученные результаты занести в отчет, указав способ расчетов (графический, математический, применение математического пакета).
3. Задание № 2
По полученным результатам рассчитать удельную емкость, используя
формулу (7). Рассчитав емкость, определить сопротивление дорожки длиной 10 |
||
мм на частоте ∙ 100 |
МГц (n – номер варианта): |
|
|
= 2 ∙ ∙100∙106∙(10∙10−3∙ 0∙10−9), |
(10) |
|
1 |
|
где n – 0номер варианта;
– рассчитанная удельная емкость, пФ/мм. Полученные результаты занести в отчет.
75
4. Задание № 3
В соответствии с формулой (8) построить графики зависимости сопротивления от ширины (W) проводника для трех разных материалов, все необходимые для построения данные приведены в табл. 11, график строить до момента, когда сопротивление станет равным «0».
Таблица 11
Данные для построения зависимости волнового сопротивления от ширины проводника
Вариант |
H, мм |
T, мкм |
1 |
2 |
3 |
|
|
|
|||
1 |
0,1 |
35 |
4,3 |
2,8 |
3,3 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
2 |
1 |
35 |
2,8 |
1,96 |
3 |
|
|
|
|
|
|
3 |
2 |
35 |
2,17 |
4,3 |
10 |
|
|
|
|
|
|
4 |
0,145 |
35 |
3 |
1,96 |
5 |
|
|
|
|
|
|
5 |
0,787 |
35 |
12 |
1,93 |
4,3 |
|
|
|
|
|
|
6 |
0,9 |
35 |
5 |
1,93 |
2,8 |
|
|
|
|
|
|
7 |
0,5 |
35 |
7 |
4,6 |
1,93 |
|
|
|
|
|
|
8 |
0,1 |
35 |
3,3 |
2,94 |
4,3 |
|
|
|
|
|
|
9 |
0,8 |
35 |
12 |
5 |
6 |
|
|
|
|
|
|
10 |
0,3 |
35 |
7 |
4,3 |
2 |
|
|
|
|
|
|
По полученным графикам сделать вывод о влиянии диэлектрической проницаемости на волновое сопротивление линии.
5. Выполнение PI моделирования с использованием CST PCB Studio
Для выполнения моделирования на вашей печатной плате обязательно должны присутствовать шины питания (Power), которые для удобства могут быть определены инструментом Auto trapping, если шины имеют одно из следующих наименований: «V*; +*; Batt*; *Volt; *VCC*». Данный вид моделирования является достаточно быстрым, поэтому для более детального исследования у каждого варианта будет несколько типов одинаковых по конструкции печатных плат, однако имеющих разную ширину проводников шины VCC. Также будут рассмотрены способы улучшения картины сопротивлений путем использования разделяющего конденсатора.
76
Для каждого варианта в соответствующих папках подготовлены архивы с ODB++ файлами печатных плат с соответствующими именами дорожек.
5.1. Пример выполнения моделирования и анализа результатов
Как было описано выше, у каждого варианта будут присутствовать следующие варианты формирования шины питания: полигоном (Polygon) (рис. 100); проводником средней ширины 2-5 мм (Normal) (рис. 101); сверхтонкий проводник 0,01-0,254 мм, что вызывает максимальное сопротивление на шине питания (Thin) (рис. 102).
Рис. 100. Широкая (полигональная) шина питания
Рис. 101. Шина питания, сформированная проводниками с шириной 2 мм
77
Рис. 102. Шина питания, сформированная проводником 0,1 мм
Процедура импорта печатной платы аналогична предыдущим лабораторным работам, также у шины питания и заземления присутствуют специально определенные имена, которые позволяют выполнить автораспределение.
Следующим пунктом выбираем режим моделирования Power Integrity (PI Analysis) в верхнем меню, после чего в открывшемся окне нужно выбрать контакты для моделирования (рис. 103), а также частоты моделирования (диапазон), число шагов моделирования, изначально выставлено «100», рекомендуется увеличить до «1001» или более.
Рис. 103. Настройки PI моделирования
78
По результатам моделирования будет построен график сопротивлений шин питания для каждого элемента по связи с источником питания. Но для более детального моделирования рекомендуется включить построение градиентной картины полей на слоях печатной платы, для этого необходимо перейти на вкладку Specials (выделено на рис. 103), после чего перейти на вкладку “Spatial Impedance Plots” (рис. 104), где активировать построение графиков на выбранных слоях, рекомендуется на верхнем и нижнем (Top и Bottom), так как на двухслойных платах земля как правило формируется в виде полигона на нижнем слое печатных плат (так во всех вариантах), также при использовании очень многослойных плат земля периодически чередуется со слоями, соответственно, в таких платах графики сопротивлений необходимо строить на соях, где присутствуют VCC и GND линии.
Рис. 104. Настройки построения картин сопротивления
Теперь рассмотрим результаты моделирования для печатныхплат с рис. 100-102. Стоит учитывать, что в области низких частот возможны «выстрелы» сопротивлений, которые вызваны емкостными характеристиками шин питания. Так, для печатной платы, приведенной на рис. 100, график сопротивлений бу-дет иметь вид, который приведен на рис. 105.
Рис. 105. График сопротивлений при использовании полигонального заполнения шины питания
79