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3.1 PCB TDR仿真实验

1.TDR原理图仿真

(1)在ADS中新建工程文件,命名为TDR_demo_wrk。在本工程中,仅需要用到模拟/RF库。注意,选择Layout的单位为mil。

(2)在主窗口中,新建一个原理图,并命名为TDR_demo。在原理图中插入双面板层叠模型,如图3-2所示。

图3-2 插入双面板层叠模型

修改其介电常数(Er=4.2)、介质厚度(H=28.8 mil)、损耗角正切(TanD=0.02)、金属厚度(T=1.6mil)及电导率(Cond=5.8e7),如图3-3所示。

图3-3 设置面板层叠模型参数

(3)从多层传输线模型库(TLines-Multilayer)插入微带线模型并修改其长度及宽度,如图3-4所示。

图3-4 插入微带线模型

插入另外两段传输线模型,参数设置如图3-5所示。

图3-5 设置微带线模型

(4)从时域源中插入脉冲源,并设置参数,如图3-6所示。

图3-6 插入脉冲源模型

(5)按图3-7所示将脉冲源、传输线进行连接,并在传输线前后串联50赘电阻。

图3-7 构建完整测试微带线模型

设置三个测试节点:脉冲源电压Vscr、近端电压V1及远端电压V2,如图3-8所示。

图3-8 设置测试节点

(6)如图3-9所示,加入瞬态仿真控制器,并设置最大采样时间为Trise/2 nsec:

图3-9 设置瞬态仿真控制器

如图3-10所示,插入变量Trise,并定义其数值。

图3-10 插入变量

完成后的原理图如图3-11所示。

图3-11 完整仿真原理图

(7)运行仿真后,在结果显示中加入三个节点的电压波形进行观察,如图3-12 所示。从反射信号V1可以看到信号链路中的容性及感性部分。

图3-12 电压节点仿真结果

在原理图中能够使用传输线模型库中的基本元件构建信号路径,并使用瞬态仿真控制器来对信号走线的阻抗不连续性进行模拟。

2.使用平面电磁场仿真器对传输线进行仿真

(1)将原理图另存为TDR demo EM,并删除掉仿真控制器等,仅保留传输线模型。在传输线模型前后加入两个端口(见图3-13)。

图3-13 为传输线模型添加端口

在Layout菜单下选择Generate/Update Layout,更新对应的版图(见图3-14)。

在弹出的窗口中,直接单击OK按钮,ADS软件会创建原理图对应的版图(见图3-15)。

(2)此时的版图,仅有传输线形状,并没有层叠文件与之对应。故需要添加层叠文件。单击层叠编辑器,系统会提示没有对应的层叠文件(见图3-16)。

图3-14 从原理图创建版图

图3-15 新生成的版图

图3-16 添加层叠文件

新添加一个层叠,命名为substrate1。由于在原理图中已经定义了双层传输线层叠,故在层叠编辑器中只需要导入原理图中的层叠设置即可(见图3-17)。

从TDR demo EM的原理图文件中导入层叠信息(见图3-18)。

图3-17 从原理图导入层叠文件

图3-18 选择对应层叠文件

创建好的层叠如图3-19所示。将鼠标放到介质或金属层上可以观察设置的参数。

(3)回到版图窗口,在菜单栏中选择电磁场仿真设置(见图3-20)。

由于仿真对象的电尺寸较小,不考虑辐射情况,可以选择仿真器为Momentum RF以提高仿真速度。设置仿真频率从直流至5 GHz(见图3-21)。

在模型选项卡中选择“仿真开始后创建对应EM模型”,保存EM仿真设置后,开始进行电磁场仿真(见图3-22)。

图3-19 观察层叠文件

图3-20 选择电磁场仿真设置

图3-21 设置仿真频率

(4)新建一原理图,命名为TDR_EM_cosim,如图3-23所示,在ADS主窗口中使用鼠标将选中TDR demo EM单元,拖入到新建的原理图中。此时系统会提示没有对应的符号,是否需要创建一个对应符号,选择Yes。

在创建符号窗口中,Source View选项选择layout,Symbol Type选项选择Look-akike,适当缩放其大小以和原理图中其他元件匹配,单击OK按钮就可以创建基于版图外形的符号(见图3-24)。

图3-22 设置电磁场模型

图3-23 添加版图仿真单元至新建原理图

图3-24 设置版图仿真单元符号

插入电磁场仿真元件后,再加入脉冲激励源、对应的源阻抗及负载阻抗,并加入观察节点(见图3-25)。

图3-25 完整仿真原理图

(5)单击原理图窗口中的 图标,选择电磁场仿真元件调用的视图为emModel,即电磁场仿真结果(见图3-26)。

图3-26 选择电磁场仿真模型

在原理图Simulate/Simulation Settings菜单中,对仿真的数据库进行设置,命名为TDR_EM_5GHz_cosim。单击Simulate,运行仿真并观察仿真结果(见图3-27)。

图3-27 电压节点仿真结果

(6)尝试将电磁场仿真元件的仿真频率改得高一些。在原理图中选中元件后单击Push Into Hierachy(见图3-28)。

图3-28 进入电磁场模型底层

对emModel设置进行编辑,如图3-29所示。

图3-29 编辑emModel设置

将仿真频率上限改为10GHz,如图3-30所示。

图3-30 更改仿真频率

关闭设置窗口并回到原理图,在仿真设置中更改仿真数据库为:TDR_EM_10 GHz_cosim(见图3-31)。

图3-31 更改仿真数据库名字

仿真结果中纹波会比较小,如图3-32 所示。在使用电磁场仿真器对传输线进行仿真时,需要确定仿真频率范围大于1/(0.35×上升沿时间)。对于0.038 nsec上升沿时钟的脉冲信号而言,对应的电磁场仿真最低频率需要满足大于 0.35*(1/0.038*10 e-9)即9.21 GHz。

(7)在结果显示窗口中编辑公式,显示仿真获得的传输线阻抗,如图3-33 所示。Ref是反射系数,为反射波形比上入射波形。

图3-32 电压节点仿真结果

在数据显示窗口中插入新编辑的公式,如图3-34所示。

可以获得更加直观的传输线阻抗,如图3-35所示。

图3-33 编辑TDR阻抗公式

图3-34 插入TDR阻抗公式

图3-35 传输线阻抗仿真结果

在本小节中,使用Momentum对传输线版图进行电磁场仿真,并加入阻抗计算公式,获得传输线的TDR阻抗,对传输线的阻抗进行直观显示。 wVBrcyUWmVCwjeDDxf+t7KGHLXeYlE4wSKmLu5tff9KQqTbp5dXjSuLrkk0xG4UF

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