Андрей Трундов - Высокоскоростные печатные платы. Примеры применения правил сохранения целостности электрических сигналов и электропитания

Определим собственную частоту резонанса прямой линии передачи длиной L=10 см.

F 0= V/4L = 1,66х10 8/ 0,4 = 415 МГц

Где L – длина линии передачи, равная четверти длины волны 𝜆

𝜆 = 4l = 0,4 м

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.

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.

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).