Материал: Электромагнитная совместимость радиотехнических систем. лабораторный практикум. Федоров С.М., Ищенко Е.А

Рис. 116. Настроенный режим моделирования IR-Drop

Вверхней части экрана необходимо определить источник питания, также

вданном окне в поле R-Source и V-Source можно провести горячую настройку данных показателей. В поле Excitations/ports указать компоненты-потребители, а также присутствует возможность горячей настройки уровня потребления. В данном режиме моделирования для отслеживания уровня падения в 10% (Tolerance) важно указать номинальное (ожидаемое) напряжение на шине питания – VCC, в данном случае указано 5В – рис. 116.

Результаты моделирования имеют две компоненты – 0D и 2D/3D результаты. В открывшемся окне 0D результатов (рис. 117), если был указан номинал напряжения по шине питания, важным является пункт Fail/Pass – который показывает величину падения напряжения – больше или меньше 1% в данном случае. Зеленая галочка соответствует допуску падения напряжений.

Рис. 117. Окно 0D результатов

Также по полученной таблице можно определить падение напряжений на земле (Drop at Ground Pin), питании (Drop at Power Pin). В поле Vias – напряже-

ния на слоях. В подпункте Power Losses – потери мощности при протекании токов.

90

Особый интерес для насмпредставляют2 2D/3D результаты.

1) плотность токов [А/ ] – для просмотра данного результата рекомендуется использовать вид отображения – стрелки (Arrows). По полученному результату можно увидеть уплотнение токов в местах сужения проводника (рис. 118). По полученным картинам можно определить места излишнего уплотнения, для модификации платы, например, в данном случае, либо использовать 3 – 4 тонких проводника либо увеличить толщину линии;

Рис. 118. Уплотнение тока в тонкой зоне (красные стрелочки)

2) рассеянная мощность [Вт] – для просмотра рекомендуется использовать вид контуров (Contour). Данный результат показывает рассеянную мощность при протекании токов (рис. 119). Если в настройках указать экспорт температурных потерь, данный результат можно экспортировать в температурное вычисление;

Рис. 119. Рассеянная мощность

91

3) поверхностная плотность токов [А/м] – используется для определения мест заужения проводников и огибания токами отверстий, элементов (рис. 120). Рекомендуется отображение стрелочками (Arrows);

Рис. 120. Картина поверхностных токов

4) напряжение [В] – уровень напряжения на шине питания и заземления

(рис. 121);

Рис. 121. Уровень напряжения на шине питания 5В

5) падение напряжения относительно максимума питания [В]. Например, для заземления вычисляется 5В – падение по земле (микровольты) = 4,999 В. Для анализа удобно пользоваться шкалой отображения. Для шины питания пример полученных результатов приведен на рис. 122.

92

Рис. 122. Картина падения напряжений

Для всех вариантов требуется провести моделирование в соответствии с табл. 15. Все платы имеют определенные наименованиями шины питания и заземления; 4 активных компонента, потребление указано в таблице с наименованием элемента. Номинал источника питания указан в таблице, внутреннее сопротивление 1 мОм.

Таблица 15

Варианты для выполнения моделирования

По полученным результатам сделать выводы, занести в отчет.

93

3.5. Лабораторная работа № 5. Исследование влияния материалов изготовления на характеристики печатной платы путем использования CST Microwaves Studio

Цель работы: произвести исследование влияния материала изготовления печатных плат на излучаемое поле.

1. Краткие теоретические сведения

Первые печатные платы, которые были прообразом современных, использовали в качестве диэлектрической подложки бумагу, а проводником была медь или бронза. С ростом частот работы и требованиям к увеличению термостойкости и термоемкости появились требования к использованию стеклотекстолитов. Любая печатная плата должна иметь в своей основе диэлектрик, важными параметрами которого являются диэлектрическая проницаемость и маг-

нитная постоянная.

Классическая печатная плата, которая работает в диапазоне частот до 10

ГГц, изготовляется из стеклотекстолита Fr-4, обладающий с нанесен-

= 4,3

ным медным проводником толщиной 35 мкм. В то время, как для СВЧ ус т- ройств применяют более дорогостоящие материалы, например, диэлектрики фирмы Rogers.

Сложные современные печатные платы, например, материнские платы компьютеров, могут иметь от 6 до 16 слоев, что делает очень важным еще один параметр – механическую жесткость и прочность диэлектрика. Особым видом современных печатных плат являются гибкие печатные платы – шлейфы (гибкие печатные кабели). В основе шлейфов лежит полимерная подложка, которая способна изгибаться в двух степенях свободы, так, из гибких печатных плат можно составить даже ленту Мебиуса.

Как проводник на печатных платах используется слой меди толщиной 18 или 35 мкм, так как медь обладает очень стабильными и хорошими характеристиками в большом диапазоне частот. Медь выбирают не только за ее физические, а также и за ее химические свойства, которые позволяют упростить процесс изготовления проводящих дорожек.

Благодаря применению различных материалов можно достичь абсолютно разных результатов по излучению полей, так как все материалы обладают различными параметрами. Для удобства отслеживания данных характеристик можно использовать специальное программное обеспечение.

2. Пример выполнения моделированияизлучения вCST Microwaves Studio

Приведенные примеры моделировались с использованием TLM вычисления, которое специально создано для расчета электромагнитной совместимости печатных плат. Данный режим моделирования позволяет повысить точность

94