目前的電子系統正朝著大規模、小體積、高速度方向發展,信號工作頻率不斷提高。射頻電路板布局布線密度變大、輸出開關速度過高等現象,容易引起板級信號延遲、串擾、傳輸線效應等信號完整性問題。因此,如何在射頻系統設計以及板級設計中考慮到信號完整性因素,并采取有效的控制措施,成為射頻系統設計成功的關鍵因素。
通常來說,低頻電路都是以集總模式來描述電路的行為,主要的假設是電路的工作波長遠大于實際電路尺寸的大小,在頻率很低時,二者的值相當接近。然而電路工作頻率升高進入射頻段時,即當工作波長與實際電路尺寸接近時,以集總模式來描述電路行為會造成極大的誤差,所以,必須以分布模式來考慮電路的行為。分布式模式的基本原理是將電路分成一個一個的子電路,每一個子電路可用電阻、電容及電感代表該電路的行為,將這些子電路整合起來即為整個電路的行為。
阻抗匹配是分布電路中最重要的設計方法,它直接決定了電路負載獲得信號傳輸功率的大小。因此,在設計中需要重點關注,本節就針對微帶線阻抗匹配原理進行理論討論和仿真實現。
有損微帶線和無損微帶線的區別
對于有損微帶線,直流與交流電阻損耗,這些損耗都和頻率相關。
對于無損微帶線,輸入端的阻抗Zin為傳輸線長度、信號頻率、終端負載及傳輸線特性阻抗的函數。
微帶線特性阻抗仿真實例
一、在2.4GHz頻率,建立一條50Ω的無損耗微帶線,并對其進行S參數仿真,驗證匹配效果。
二、在2.4GHz頻率,通過優化微帶線參數及建立匹配電路,建立一條50Ω的有損耗微帶線,并計算匹配值。
三、為有損耗微帶線建立版圖及仿真元件模型,并對其進行S參數仿真,與原理圖仿真進行比對,驗證其性能。
實驗步驟:
1、有損微帶線阻抗仿真
1、新建“RFboard_lab”工程和“MicroLine_ideal”原理圖
2、利用“LineCale”,這個之前有介紹過,對話框計算微帶線寬度W和長度L。
3、為了驗證微帶線是否滿足阻抗匹配,還需要在原理圖中進行S參數仿真,設計電路如下:
最后原理圖如下:
4、最后的仿真結果如下:
2、有損微帶線阻抗仿真
有損微帶線阻抗仿真與理想微帶線阻抗仿真有所不同,為了實現微帶線所需頻率的最佳匹配,一方面要對微帶線進行優化設計,另一方面還應該在微帶線加入阻抗匹配電路。
1、新建“MicroLine_FR4”原理圖
2、從“TLines-Ideal”元件面板中選擇TLINP插入原理圖中,雙擊該元件進行設置。
3、設置優化優化的是相位
優化的是相位
4、進行優化和仿真,“Magnitude”表示的是幅度。顯示的結果如下所示:
5、計算TLINP的衰減。
3、微帶線版圖仿真
在完成微帶線原理圖設計后,就可以進行版圖設計
1、新建“MicroLine_FR4_momentum”版圖
也可以從下面選
3、在版圖窗口工具欄[Insert Rectangular]按鈕,繪制100mm,寬1.4mm的長矩形,并添加兩個Port。
4、添加仿真參數
5、進行仿真,仿真結果如下:
6、把微帶線版圖生成一個Symbel,之后會生成生成OK的提示。
7、新建一個“MicroLine_FR4_momentum_sim”的原理圖,把“MicroLine_FR4_momentum”中的原理圖復制到里面,并把中間的為微帶線替換成上一步我們生成的Symbel
8、進行仿真,衰減與之前的原理圖一致(這里我比較疑惑,衰減的公式從哪里來,而且衰減只與頻率有關,不知道這一步的意義何在)。
好了,今天就到這里了。
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