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差分信号回流路径的全波电磁场解析(一)
发布时间:2022-01-23 08:31:26 来源:千赢平台 作者:千赢手机登录网址 [返回]

   

  当驱动器正在传输线上驱动一齐信号时,正在信号线和返回途径之间会存正在一个信号电压,普通称为单端传输线信号。当两道驱动器驱动一个差分对时,除了各自的单端信号表,这两道信号线之间还存正在着一个电压差,称为差分信号。与单端信号比拟,差分信(DifferentialSignal)正在信号完全性方面有许多上风。如低重了轨道塌陷和EMI,有更好的抗噪声才能,对衰R不敏锐。正在高速电道计划中的运用越来越通常,电道中最枢纽的信号往往都要采用差分组织计划。

  承载差分信号的任逐一对走线就称为差分走线。差分传输线拥有两种奇异的传传输形式---奇模形式和耦模形式。奇模形式正在两个传输信号间存正在以个非零电位,耦模形式一对信号相对GND 有一个非零电位。而现实的差分信号带有直流偏置的差分信号。

  为了对差分信号回道举行切确的理会,需求借帮三维的电磁场仿真软件。选用了Ansoft的HFSS 举行三维修模和理会。 HFSS 是基于三维电磁场计划的EDA 模范计划器材。HFSS 凭借其独有的形式?节点和超宽带插值扫频专有技巧,诈骗有限元(FEM)迅速切确求解整板级PCB 或全部封装组织的总共电磁性子,真正全数切磋(准)静态仿真中无法理会的有失配、耦合、辐射及介质损耗等惹起的电磁场效应,从而获得切确的频域高频性子(如S 参数等)并天生全波Spice模子以救援高频、高速、高密度PCB 运用中告竣切确的Spice宽带电道仿真计划。

  为了讲明较长回流途径的影响,参见图2,描绘了一根带状线跨过了地参考平面上的一个沟壑,构修的一个纷歧连回流途径的简易模子,该模子组织简易,回流途径很容易被认识,同时它也能被扩展运用到更多的常见组织中。界说信号回道的信号正在PCB板上的场因而及PCB叠层如图1和组织如图2所示,为带状线mm,,线mm,GND的铜箔度。0.035mm,介电常数4.0.

  信号跨割据沟壑,即信号的参考平面不是完全平面。回流途径中的间隙普通用于远隔电道板上的某个区域。当电源平面用做参考层或操纵涣散电源层时也会映现开槽的间隙。有时正在回流途径中映现了非成心的开槽间隙,像回流途径中出砂孔过分刻蚀和交叠的环境,变成信号回流参考平面不完全。如图2 所示:

  凭据图1 和图2,正在HFSS 下举行三维修模如图4,导线 的板材中,板材的上下侧均为铜箔参考平面,导线 欧姆。

  导线的两头界说端口差别为Waveport1 和Waveport2, 端口Waveport1 的激劝界说为Wave port 阻抗为50 欧姆,差分阻抗为100 欧姆; 端口Waveport1 的界线条目界说为Waveport 阻抗为50 欧姆,差分阻抗为100 欧姆。场理会时,正在整板表围计划为50 C 50 C 40气氛体,将该气氛体的汲取界线条目界说为Radiation.正在HFSS 中,设定求解的频率为2.5GHz,最大的S 为0.05,扶植为5%能餍足精度哀求而又不需求花费太多的时期,正在此根蒂上列入间插频率扫描理会,即界说全波模子实用的频率边界,从0.01GHz 扫描5GHz,步长0.01GHz,差错2%,举行理会推算。结果如下图5 为:

  凭据S 参数的根基常识,倘若以Waveport1 行为信号的输入端口, Waveport2 行为信号的输出端口,S11 展现回波损耗,也便是有多少能量被反射回源端,这个值越幼越好,日常发起S110.1,即-20dB,S21 展现插入损耗,也便是有多少能量被传输到方针端(Port2)了,这个值越大越好,理思值是1,即0dB,越大传输的结果越高,日常发起S210.7,即-3dB.

  如图6 和7 能够显明看出T1 和T2 的电场能量首要聚合靠拢差分信号下面的GND1 层。因为GND1 与SIG 间的FR4_1 的板材厚度为0.1651mm;GND2 与SIG 间的FR4_2 的板材厚度为0.7099mm,GND1 与SIG 间距比GND2 与SIG 间距幼。GND2 层的电场能量相对GND1 的电场能量要少得多,从图7 能够看到血色区域是电场能量最大的地方。高速信号的回流途径紧贴迩来的参考平面回流。

  当回流途径上存正在纷歧连点的时期,电流就要绕过这些纷歧连的地方,从而增大了回道面积,回道面积的添补就会导致电感的添补,这就会变成信号完全性的题目。回流途径的纷歧连会变成的最根基的效应便是等效地添补了电道上的串联电感,而感触系数的巨细则由电流现实绕过的隔绝来决议。那么对付一个电子信号来说,它需求寻找一条最低阻抗最幼电感的电流回流到地的途径,因而怎么处分信号回流就变得特别枢纽。而差分信号差异于单端信。

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