М И Н И СТ Е РСТ В О О БРА ЗО В А Н И Я РО ССИ Й СК О Й Ф Е Д Е РА Ц И И В О РО Н Е Ж СК И Й ГО СУ Д А РСТ В Е Н Н Ы Й У...
9 downloads
556 Views
349KB Size
Report
This content was uploaded by our users and we assume good faith they have the permission to share this book. If you own the copyright to this book and it is wrongfully on our website, we offer a simple DMCA procedure to remove your content from our site. Start by pressing the button below!
Report copyright / DMCA form
М И Н И СТ Е РСТ В О О БРА ЗО В А Н И Я РО ССИ Й СК О Й Ф Е Д Е РА Ц И И В О РО Н Е Ж СК И Й ГО СУ Д А РСТ В Е Н Н Ы Й У Н И В Е РСИ Т Е Т
Ф И ЗИ ЧЕ СК И Й Ф А К У ЛЬТ Е Т Ф А К У ЛЬТ Е Т К О М ПЬЮ Т Е РН Ы Х Н А У К
ПРО Е К Т И РО В А Н И Е СВ Ч-У СТ РО Й СТ В С ПО М О Щ ЬЮ ПА К Е Т А ПРО ГРА М М SERENADE 8.0 По со биепо специально стям 013800 “Рад ио ф изика и электро ника” 071900 “И нф о рмацио нны есистемы и техно ло г ии”
В О РО Н Е Ж 2003
2 У тв ерж д ено нау чно -мето д ическим со в ето м ф изическо г о ф аку льтета
Со став ители:
А лг азино в Э .К ., Бо бреш о в А .М ., Д ы бо й А .В ., К итаев Ю .И .
Про г рамма по д г о то в лена на каф ед ре электро ники ф изическо г о ф аку льтета В о ро неж ско г о г о су д арств енно г о у нив ерситета.
Реко менд у ется д ля сту д енто в 4к. д /о специально стей 013800 “Рад ио ф изика и электро ника”, 071900 “И нф о рмацио нны есистемы и техно ло г ии”.
3 Н асто ящ ее у чебно е по со бие слу ж ит д ля изу чения пакета про г рамм Serenade 8.0 и по лу чения практических нав ы ко в рабо ты сним. У казанны й пакет яв ляется о д ним из в ед у щ их в о бласти про ектиро в ания СВ Чу стро й ств , а такж е у стро й ств рад ио - и о птическо г о д иапазо на. У д о бная г раф ическая сред а и по д ро бная в стро енная д о ку ментация д елаю т пакет у д о бны м д ля испо льзо в ания в у чебно м про цессе. О д нако в о течеств енно й литерату ре практически нет исто чнико в , по св ящ енны х Serenade. Д анно е мето д ическо епо со биепризв ано частично в о спо лнитьэто тпро бел. Н епретенд у я на по лно ту изло ж ения, эта рабо та тем не менее д ает о бщ ее пред став лениео пакетеи по зв о ляетпо лу читьначальны енав ы ки рабо ты . В по со бии такж е со д ерж ится о бзо р неко то ры х элементо в , ш иро ко испо льзу емы х в со в ременно й СВ Ч-технике. Д анно е мето д ическо е по со бие пред назначено д ля сту д енто в , о бу чаю щ ихся на ф изическо м ф аку льтете по специально сти “Рад ио ф изика и электро ника”, а такж е д ля сту д енто в ф аку льтета ко мпью терны х нау к В о ро неж ско г о г о су нив ерситета.
4 В В Е Д Е НИ Е ...................................................................................... 5 П А К Е Т SERENADE ....................................................................... 5 О И
БЩ И Е СВ Е Д Е Н И Я ........................................................................... 5 СПО ЛЬЗО В А Н И Е
ПРО Е К Т Е
ПО ЛО СК О В Ы Х
И
М И К РО ПО ЛО СК О В Ы Х
ЛИ Н И Й
В
................................................................................................... 7
О С НО В НЫ Е Т И П Ы Л И НИ Й П Е Р Е Д А Ч И И Х Р А С Ч Е Т .. 11 П О ЛО СК О В Ы Е И М И К РО ПО ЛО СК О В Ы Е ЛИ Н И И .............................. 11 Щ Е ЛЕ В А Я ЛИ Н И Я .......................................................................... 16 К О ПЛА Н А РН Ы Й В О ЛН О В О Д ........................................................... 17 СВ Я ЗА Н Н Ы Е М И К РО ПО ЛО СК О В Ы Е ЛИ Н И И .................................... 18 Н А ПРА В ЛЕ Н Н Ы Е О Т В Е Т В И Т Е ЛИ .................................................... 20 О СН О В Н Ы Е Т И ПЫ Н Е О Д Н О РО Д Н О СТ Е Й В М И К РО ПО ЛО СК О В Ы Х ЛИ Н И Я Х ............................................................................................................... 21 Л И Т Е Р А Т У Р А . ............................................................................. 24
5 В в едени е В по след ние д есятилетия про исхо д ит бу рно е разв итие СВ Чтехно ло г ий , причем г ро мо зд кая в о лно в о д ная техника по степенно в ы тесняется по ло ско в ы ми и микро по ло ско в ы ми у стро й ств ами. Д альней ш ая миниатю ризация СВ Ч-у стро й ств прив ела к по яв лению микро схем СВ Чд иапазо на. О сно в у этих техно ло г ий со став ляетко мбиниро в аниемикро миниатю рны х актив ны х элементо в с со сред о то ченны ми параметрами и микро по ло ско в ы х линий , на о сно в е ко то ры х в ы по лняю тся бо льш инств о пассив ны х элементо в и линий перед ач. По срав нению страд ицио нны ми в о лно в о д ами и в о лно в о д но й технико й по ло ско в ы е и микро по ло ско в ы е у стро й ств а о блад аю т ряд о м преиму щ еств . В перв у ю о черед ь это малы е размеры , д еш ев изна, о тно сительная про сто та техно ло г ии изг о то в ления, что д ает в о змо ж но сть по лу чать у стро й ств а с хо ро ш о в о спро изв о д имы ми параметрами. Н а заре разв ития микро миниатю рны х у стро й ств СВ Ч разрабо тчики сталкив ались с ряд о м тру д но стей , о бу сло в ленны х в перв у ю о черед ь о тсу тств ием про сто г о математическо г о аппарата д ля расчета параметро в таких линий перед ач. В д альней ш ем бы ли в ы в ед ены инж енерны е ф о рму лы , д аю щ ие приемлемы е резу льтаты . О д нако по -насто ящ ему про блема бы ла реш ена примерно 10 лет назад , ко г д а, с о д но й сто ро ны , бы ли разрабо таны стро г ие математические мето д ы расчета и мо д елиро в ания у стро й ств СВ Ч на электро д инамическо м у ро в не, а с д ру г о й – по яв ились мо щ ны е ко мпью теры , спо со бны е реш ать системы у рав нений бо льш о й размерно сти за мало е в ремя. В это ж е в ремя неско лько зару беж ны х ф ирм параллельно начали в ы по лнять рабо ты по со зд анию со о тв етств у ю щ ег о про г раммно г о о беспечения, в то м числеи д ляIBM PC. Н аибо лееш иро ку ю изв естно сть по лу чили про д у кты ф ирмы Compact Software и по д разд еления EESof ф ирмы Hewlett Packard. О бласть применения и в о змо ж но сти про г раммно г о о беспечения, со зд анно г о этими ф ирмами, практически ид ентичны . В д альней ш ем мы бу д ем рассматрив ать про г раммны й ко мплекс Serenade ф ирмы Compact Software, по ско льку о н о блад ает бо лее про сты м и инту итив но по нятны м интерф ей со м, что д елает в о змо ж ны м применениеег о в у чебны х целях. П а кет Serenade О бщ иес веден ия К о мплекспро г рамм Serenade о беспечив аетскв о зно епро ектиро в ание систем, у стро й ств и прибо ро в рад ио -, СВ Ч и о птическо г о д иапазо но в в о лн. Про изв о д ится анализ, о птимизация и расчет то по ло г ии элементо в схемы , в клю чая такие элементы , как в о лно в о д ы , перехо д ники, микро по ло ско в ы елинии, нео д но ро д но сти. Ред акто р схем Serenade по зв о ляет рабо тать со схемами, испо льзу я о бщ еприняты е симв о лы рад ио , СВ Ч ко мпо нент и д ру г их элементо в . Схе-
6 ма рису ется на рабо чем по ле с по мо щ ью мы ш и. Д ля то г о что бы распо ло ж ить ну ж ны й элемент на рабо чем по ле, нео бхо д имо сначала в ы брать ег о симв о л на панели инстру менто в , распо ло ж енно й в в ерхней части экрана, а затем по д в ести ку рсо р мы ш и к ну ж но му месту и наж ать лев у ю кно пку . Д ля д о сту па к ну ж но му элементу схемы такж е мо ж но испо льзо в ать системно еменю про г раммы . Д ляэто г о ну ж но в о й ти в меню Parts (ко мпо ненты ) и д альш е, д в иг аясьв низ по иерархическо му списку , д о й ти д о ну ж но г о ко мпо нента. К аж д о му ко мпо ненту схемы со о тв етств у ет неко то рая математическая мо д ель, характеризу ю щ аяся св о им набо ро м параметро в . Н апример, д ля со сред о то ченно г о актив но г о со про тив ления зад ается в сег о о д ино бязательны й параметр – со про тив ление(в О мах). Д ру г о й параметр, температу ру , мо ж но неу казы в атьв яв но м в ид е, так как еезначениев это м слу чаебу д етзад ано по у мо лчанию . Бо лееко мплексны еэлементы со о тв етств енно характеризу ю тся бо льш им число м параметро в . Сто ит о тметить, что мо д ели актив ны х элементо в (транзисто ро в , д ио д о в и д р.) о тличаю тся о т мо д елей , приняты х в про г раммах типа PSPICE. Д ело в то м, что трад ицио нны е инстру ментальны е сред ств а PSPICE испы ты в аю т нед о стато к ад екв атны х мо д елей д ля часто т бо лее чем 300 MHz. Э то про исхо д ит по то му , что В Ч и СВ Чцепи часто испо льзу етраспред еленны еэлементы как ко мпо ненты схемы в у силителях, о сциллято рах, смесителях, сд в иг аю щ их у стро й ств ах ф азы и переклю чателях. В то в ремя как имеется мно г о различны х в ерсий SPICE, в се о ни испо льзу ет д искретны е мо д ели элементо в , что непо зв о ляетим мо д елиро в атьраспред еленны й характер емко стей , резистансо в и инд у ктив но сти в в ы со ко часто тны х цепях. О д нако ничто не меш ает испо льзо в ать пакет Serenade д ля расчета и бо лее низко часто тны х схем. В ы бирая в меню Parts пу нкт Device Library, мы по лу чаем д о сту п к библио текеко мпо ненто в су ж ео пред еленны ми параметрами мо д елей . Э та библио тека со д ерж ит наибо лее распро страненны е СВ Ч-элементы неко то ры х в ед у щ их миро в ы х про изв о д ителей . Д ля то г о , что бы о писать и рассчитать схему в пакете Serenade, нео бхо д имо о ткры ть или со зд ать так назы в аемы й про ект. Э то набо р нео бхо д имы х ф ай ло в , о бъед иненны х о д ним назв анием и о писы в аю щ их различны е параметры схемы . Д ля со зд ания но в о г о про екта в г лав но м меню Serenade в ы берем по след о в ательно пу нкты File->New… В по яв ив ш емсяо кнев ы бираем тип но в о г о ф ай ла – Project. Д алее у казы в аем имя про екта и катало г , в ко то ро м о нбу д ет храниться. В по леSimulator (мо д у льанализа) след у етв ы братьв ариантHarmonica. Д ру г о й мо д у ль, назы в аемы й Symphony, со д ерж итнабо р ф у нкцио нальны х бло ко в д ля расчета приемнико в , перед атчико в и неко то ры х д ру г их рад ио технических у стро й ств . По сле о ткры тия про екта на экране по яв ляется рабо чая о бласть – о кно , на ко то ро м мо ж но распо лаг ать элементы схемы и рисо в ать св язи меж д у ними. Что бы со хранитьпро д еланну ю рабо ту , ну ж но в меню File в ы брать пу нкт Save. В д альней ш ем мы мо ж ем в ерну ться к со храненно му про екту и про д о лж ить рабо ту сним. Д ля это г о по сле запу ска пакета Serenade в меню Project ну ж но в ы братьпу нктOpen Project. Т еперь
7 неско лько сло в о рабо тесред акто ро м схем пакета Serenade. К ак бы ло сказано в ы ш е, в ы бо р элементо в про изв о д ится с по мо щ ью меню Parts. По сле то г о , как мы в ы брали элементсхемы , по д в ели ку рсо р к то му месту , г д ео н бу д ет распо ло ж енна схеме, и щ елкну ли лев о й кно пко й мы ш и, по яв ится о кно , в ко то ро м зад аю тся параметры в ы бранно г о элемента. Д ля разны х типо в элементо в набо р параметро в бу д ет различны м. Д ля то г о что бы по лу чить справ ку по в ы бранно му элементу и зад ав аемы м д ля нег о параметрам, нео бхо д имо в ы брать кно пку Info, распо ло ж енну ю в прав о й ниж ней части о кна. О бязательны епараметры о тмечены значением *req*. И с п ользован иеп олос ковы х и м икроп олос ковы х лин ий в п роекте О св етим неко то ры ев о про сы , ко то ры екасаю тсярасчета по ло ско в ы х и микро по ло ско в ы х линий . О бы чно ко нстру кции из таких линий в ы по лняю тся на о бщ ей по д ло ж ке, что су щ еств енно у про щ аетизг о то в лениесистемы и о блег чает ее математическо е мо д елиро в ание. По это му сначала на схеме распо лаг ается по д ло ж ка и у казы в аю тся ее параметры , а у ж е затем линии перед ачи, д лякаж д о й из ко то ры х д елаетсяссы лка на испо льзу ему ю по д ло ж ку . Рассмо трим пример. О ткро ем но в ы й про ект, как о писано в ы ш е, по сле чег о в меню Parts в хо д им в по д меню Substrate Media. Зд есьмы мо ж ем в ы брать тип испо льзу емо й по д ло ж ки. Microstrip о значает по д ло ж ку д ля микро по ло ско в о й линии, Stripline – о бы чная по ло ско в ая линия, Coplanar Waveguide – ко планарны й в о лно в о д , Grounded Coplanar Waveguide – заземленны й ко планарны й в о лно в о д , Slotline – щ елев ая линия. Зад аем параметры по д ло ж ки. Н апример, д ля по д ло ж ки микро по ло ско в о й линии о бязательны ми яв ляю тся в сег о 3 параметра: H – в ы со та по д ло ж ки (например, 0.5mm), ER – о тно сительная д иэлектрическая про ницаемо сть материала, из ко то ро г о по д ло ж ка изг о то в лена (к примеру , 12), и label – про изв о льно е имя, ко то ро е присв аив ается по д ло ж ке д ля то г о , что бы д альш е на неессы латьсяпо это му имени. Д алеераспо ло ж им на это й по д ло ж кенео бхо д имы е элементы . Пред по ло ж им, мы хо тим исслед о в ать св язанны е симметричны е микро по ло ско в ы е линии. В меню Parts в ы бираем Distributed>Microstrip->Couplers->Symmetirc (Physical Length). М о ж но такж е в ы брать пу нкт … … ->Symmetric (Electrical Length). Разница меж д у этими в ариантами заклю чается в то м, что в о д но м слу чае у казы в ается ф изическая д лина линии, измеряемая в метрах, а в д ру г о м слу чае – электрическая д лина, измеряемаяв г рад у сах. Разместив на рабо чем по лев ы бранны й элемент и у казав ег о параметры (д ля по яснения ко то ры х мо ж но в о спо льзо в аться кно пко й Info в о кне зад ания параметро в ), например, W=0.5mm (ш ирина про в о д ящ их по ло со к), s=0.5mm (рассто яние меж д у про в о д никами), p=50mm (д лина линии), перей д ем к размещ ению по рто в . М икро в о лно в ы е по рты в пакете Serenade испо льзу ю тся д ля неско льких целей . В наш ем слу чае о ни бу д у т испо льзо в аны д ля о бо значения то чек, к ко то ры м мо г у тбы тьпо д клю чены исто чники или измерители сиг нала. По у мо лчанию в SERENADE считается, что микро в о лно в ы й по ртиме-
8 ет со про тив ление 50 О м. Д ля у стано в ки д ру г о г о значения нео бхо д имо в в ести ег о в по ле напро тив параметра term (termination value). Значение label о пред еляетимя, по д ко то ры м по ртбу д етизв естенсистеме. О тметим, что в о мно г их слу чаях в аж ен по ряд о к след о в ания (ну мерация) по рто в . Н апример, нам нео бхо д имо рассчитатьо д иниз S-параметро в , скаж ем, S21. Э то т параметр о пред еляет, какая часть в хо д но г о сиг нала по пад ает на в ы хо д . Д ля реш ения это й зад ачи ну ж но , по край ней мере, знать, како й из по рто в имеет но мер 1, а како й – но мер 2. В пакете Serenade по рты ну меру ю тся в алф ав итно м по ряд ке (в по ряд ке в о зрастания). Н апример, на схеме у стано в лено 4 по рта, ко то ры м д аны след у ю щ ие имена: P1, P2, P3, P4. В со о тв етств ии с у казанны м по ряд ко м по рт P1 бу д ет иметь но мер 1, а по рт P4 – но мер 4. В ернемся к ф о рмиро в анию про екта д ля расчета св язанны х микро по ло ско в ы х линий . По ско льку в в ед енная линия перед ачи яв ляется в о сьмипо лю снико м, д ля ее исслед о в ания ну ж но разместить на схеме 4 по рта. В меню Parts в ы берем Schematic Connectors->Microwave Port. Разместим их на схеме, о бо значив , к примеру , P1 – P4. Заметим, что на схематическо м о бо значении св язанны х линий в ы хо д ы о бо значены бу кв ами n1 – n4. По рты ну ж но разместить так, что бы по рт с но меро м 1 бы л напро тив в ы хо д а n1, и т.д . По ртсно меро м 4 д о лж енбы тьнапро тив в ы хо д а n4. Т еперь, ко г д а мы разместили элементы на схеме, ну ж но о пред елить электрическиесв язи меж д у ними, то естьнарисо в ать“про в о д а” (в о тличие о т реальны х про в о д нико в , ко то ры е имею т ко нечну ю электрическу ю д лину , электрическиесв язи в Serenade про сто о бо значаю тналичиеэлектриче-
Рис.1. Ред акто р схем пакета Serenade
9 ско г о со ед инения и имею т ну лев у ю электрическу ю д лину ). Д ля это г о в меню Draw (рисо в ание) в ы берем пу нкт Wire (про в о д ник) и д алее Draw Wire. Пу нктExtend Wire по зв о ляетред актиро в атьу ж есу щ еств у ю щ иесв язи. Зав ерш ив в ы ш еприв ед енны е о перации, мы по лу чаем схему , по д о бну ю изо браж енно й на рис.1. Т еперь, ко г д а мы нарисо в али схему , мо ж но присту пать к ее анализу . О д нако д ля это г о ну ж но зад ать параметры , при ко то ры х д о лж енпро изв о д иться анализ. В наш ем слу чае таким параметро м яв ляется часто та. В о тличие о т д ру г их анало г ичны х пакето в (MicroSim DesignLab, MicroCap и д р.), г д е параметры анализа зад аю тся непо сред ств енно в о кне анализа, в пакетеSerenade в сепараметры зад аю тсяна схеме. В ы берем элементParts>Control Blocks->Linear Frequency и разместим ег о на схеме. Е д инств енны м о бязательны м св о й ств о м это г о элемента яв ляется значение часто ты – св о й ств о Freq. В это м по ле мо ж но зад ать ед инств енно е значение, например, 3ghz, неско лько значений через про бел, например 3ghz 4ghz, или д иапазо нзначений : step 3ghz 4ghz 0.1ghz. В по след нем слу чае анализ бу д ет про в о д иться д ля часто т, леж ащ их в д иапазо не о т 3ГГц д о 4ГГц с интерв ало м 100К Гц. Зад ав рабо чие часто ты , мы мо ж ем в меню Analysis в ы брать пу нкт Analysis (или наж ать клав иш у F10). Бу д етпро изв ед енанализ схемы на зад анны х часто тах. Е сли при ко мпиляции про екта в схеме бы ли о бнару ж ены о ш ибки, то со о бщ ения о них бу д у т в ы в ед ены в о тд ельно м о кнев ниж ней части экрана. Е сли о ш ибо к в схеме нет, то мо ж но про смо тРис.2. ретьрезу льтаты анализа, д лячег о слу ж итменю ReО кно Quick Reporter port. Н аибо лее у д о бны м сред ств о м д ля про смо тра резу льтато в , по стро ения г раф ико в и о тчето в яв ляетсяQuick Reporter. Е г о в неш ний в ид изо браж енна рис.2. Д лято г о , что бы со зд ать о тчет, нео бхо д имо сначала о пред елить д анны е, ко то ры е в нег о в о й д у т. Д ляэто г о в о кнеQuick Reporter наж имаем на кно пку Report Editor. В неш ний в ид по яв ив ш ег о сяпри это м о кна изо браж енна рис.3. В о кнеResponse в ы бираем те д анны е, ко то ры е в о й д у т в о тчет. Пред по ло ж им, что мы исслед у ем зав исимо сть мо д у ля S21 о т часто ты . Н або р часто т у ж е бы л зад аннами ранее при рабо те со схемо й . В списке Function в ы бираем значение Mag() – амплиту д а. И з списка, о заг лав ленно г о Response, в ы бираем S21 и д в аж д ы щ елкаем мы ш ью на это м в ы бо ре. Т еперь мо ж но наж ать на кно пку Display и наблю д атьисслед у ему ю зав исимо стьв в ид ег раф ика.
10
Рис.3. Ред акто р о тчето в
Зд есьмы рассмо трели то лько наибо леепро сты еприемы рабо ты спакето м Serenade. Бо лее по д ро бну ю инф о рмацию мо ж но най ти в справ о чно й системе, ко то раяв ы зы в аетсянаж атием клав иш и F1. Д ля расчета про сты х типо в линий пакетSerenade имеетспециальну ю у тилиту , ко то рая в ы зы в ается при в ы бо ре в меню Tools пу нкта Transmission Lines (линии перед ачи). У тилита мо ж етрабо татьи о тд ельно о тпакета Serenade (ф ай л trl80.exe). Н иж е бу д ет по казано , как по льзо в аться это й у тилито й д ля анализа и синтеза микро по ло ско в ы х линий , щ елев ы х линий и ко планарны х в о лно в о д о в . О д нако д ля реш ения бо лее сло ж ны х зад ач в о змо ж но стей это й про г раммы нед о стато чно . При расчете св язанны х по ло ско в ы х линий (см. пример в ы ш е), направ ленны х о тв етв ителей , различны х типо в нео д но ро д но стей и д р. бу д у т испо льзо в аться в о змо ж но сти пакета Serenade.
11 О с нов ны е т и пы ли ни й переда ч и и х ра с ч ет П олос ковы еи м икроп олос ковы елин ии С то чки зрения математическо г о расчета наибо лее про сты м типо м линии перед ач яв ляется симметричная по ло ско в ая линия, по казанная на рис. 4а. В тако й линии мо г у т распро страняться по перечны е T-в о лны , след о в ательно , о тсу тств у ет д исперсия. К ро ме то г о , электро маг нитно е по ле со сред о то чено в о бласти д иэлектрика, что наряд у со св о й ств о м про странств енно й симметрии су щ еств енно у про щ ает анализ. О д нако наибо льш е распро странение по лу чил д ру г о й тип линий перед ач - микро по ло ско в ы е линии (рис. 4б). Д ля микро по ло ско в ы х линий характерна малая в ы со та
h
εr
W
а)
h
W
εr
б) Рис.4. Линии перед ач. а) – симметричнаяпо ло ско в аялиния; б) – микро по ло ско в аялиния
по д ло ж ки (менее 1 мм) и ее бо льш ая д иэлектрическая про ницаемо сть (ε>10). Благ о д аря в ы со ко й д иэлектрическо й про ницаемо сти электро маг нитно е по ле в микро по ло ско в о й линии ко нцентриру ется в о бласти меж д у про в о д нико м и заземленны м о сно в анием. Благ о д аря это му у меньш аю тся по тери на излу чение, что бы в аетсу щ еств енно д ляСВ Ч-д иапазо на, а кро ме то г о , о слабев аю т паразитны е св язи. В силу св о ей ко нстру кции микро по ло ско в ы е линии бо лее ко мпактны . О со бенно ш иро ко микро по ло ско в ы е линии испо льзу ю тсяв интег ральны х схемах СВ Ч, а такж ев д ру г их миниатю рны х у стро й ств ах. О тсу тств ие про странств енно й симметрии, бо лее сло ж ная картина по ля, ко то ро емо ж но лиш ьу сло в но о писать в в ид епо перечны х T-в о лн(это так назы в аемаякв ази-Т в о лна) прив о д ятк у сло ж нению анализа. И зв естны е численны е мето д ы расчета таких линий св язаны с бо льш им о бъемо м в ы числений , о д нако су щ еств у ю т у про щ енны е в ы раж ения, прив ед енны ек аналитическо му в ид у . О стано в имсяпо д ро бнеена этих
12 в ы раж ениях. В ы раж ение д ля в о лно в о г о со про тив ления микро по ло ско в о й линии имеетв ид : W η 8h ln 0 , 25 ⋅ + д ля( W h ≤ 1), 2π ε h W rэ Z0 = , −1 η ⋅ W + 1,393 + 0,667 ⋅ ln W + 1,444 д ля(W h ≥ 1) ε rэ h h
г д е η = 120π - в о лно в о есо про тив лениесв о бо д но г о про странств а. Э ф ф ектив ная д иэлектрическая про ницаемо сть д ля микро по ло ско в о й линии о пред еляетсяпо ф о рму ле: −1 2 εr +1 εr −1 h ε rэ = + 1 + 10 ,г д е ε r - о тно сительная д иэлектриче2 2 W ская по сто янная по д ло ж ки. Э ф ф ектив ная д иэлектрическая по сто янная ε rэ меньш е д иэлектрическо й по сто янно й по д ло ж киε r , так как о на у читы в ает по ле в не по д ло ж ки. В ы ш еприв ед енны е со о тно ш ения не у читы в аю т то лщ ину про в о д ника, д лину по ло ско в о й линии, а такж енеко то ры ед ру г ие
Рис.5. И нтерф ей спро г раммы расчета параметро в линий перед ач
13 ко нстру ктив ны е параметры , что прив о д ит к наличию по г реш но сти. Д ля бо лее то чно г о расчета испо льзу ем у тилиту Transmission Lines из пакета Serenade. Д ля это г о , в о й д я в меню Tools, в ы берем пу нкт Transmission Lines. При это м в ы зы в ается про г рамма trl80.exe, интерф ей с ко то ро й изо браж енна рис.5. Про изв ед ем расчет про стей ш ей микро по ло ско в о й линии (рис.4б), ко то рая пред став ляет со бо й сло й металла, нанесенны й на пластину д иэлектрика. В о й д я в меню Structure (тип стру кту ры ), о стано в имся на по д меню Microstrip (микро по ло ско в ы е линии). В ы берем пу нкт меню Single, при это м о ткро ется но в о е о кно д ля расчета параметро в микро по ло ско в о й линии. К артинка в в ерхней части о кна схематично изо браж ает зад анны й тип линии перед ачи, а такж е о бо значение неко то ры х ко нстру ктив ны х параметро в . Д ля микро по ло ско в ы х линий про г рамма по зв о ляет зад атьслед у ю щ иепараметры : О писание ПараЗначение Е д иница И змереметр по ния У мо лчанию W м* Ш ирина про в о д ника P 0 м Ф изическаяд лина линии перед ачи Z0 О м И мпед анслинии перед ачи E 0 г рад у сы Э лектрическаяд лина линии перед ачи F 0 Гц* Часто та ER О тно сительная д иэлектрическая про ницаемо сть H м Т о лщ ина по д ло ж ки HU 40·H м Рассто яниео тпо д ло ж ки д о экрана (значение по у мо лчанию св о д ит в лияние экрана к ну лю ) TAND 0 Т ангенсд иэлектрических по терь RGH 0 м Размер ш еро хо в ато стей по в ерхно сти MSAT 0 Гау сс М аг нитно епо ленасы щ ения MREM 0 Гау сс О стато чны й маг нетизм TANM 0 Т ангенсмаг нитны х по терь *Система ед иницы измерения, испо льзу емая в про г рамме, по казана в прав о м в ерхнем у г лу о кна расчета линии перед ач (пенель Units). Е д иницы измерения рассто яния и часто ты мо г у т бы ть изменены . В сев в о д имы езначенияд о лж ны со о тв етств о в атьу казанно й системеед иниц.
Про г рамма по зв о ляетпро изв о д ить как синтез, так и анализ линии перед ач. Д лясинтеза нео бхо д имо зад атьв еличины Z0, H и ER. Д ру г иев еличины , если о ни незад аны , принимаю тзначенияпо у мо лчанию . По д синтезо м имеется в в ид у расчет ш ирины про в о д ника (по ло ски металлизации) при про чих зад анны х у сло в иях. По д анализо м зд есьи д алеепо д разу мев аетсярасчетв о лно в о г о со про тив ленияZ0. В это м слу чаенео бхо д имо яв но зад атьпараметры W, H и ER.
14 О со бо е в нимание как при анализе, так и при синтезе нео бхо д имо у д елить значению часто ты . По у мо лчанию про изв о д ится расчет по по сто янно му то ку , по это му резу льтаты мо г у тсильно о тличатьсяо то ж ид аемы х. И з в ы ш еприв ед енно й таблицы в ид но , что система прив ед енны х параметро в избы то чна, по ско льку электрическая д лина E мо ж ет бы ть в ы раж ена через ф изическу ю д лину линии P, часто ту F и ф азо в у ю ско ро стьв о лны . Про г рамма у читы в ает это св о й ств о . Т ак, если зад ать электрическу ю д лину E и часто ту F, то при наж атии кно пки Synthesize (синтез) бу д етрассчитано значение P. Н ао бо ро т, зад ав P и F и наж ав кно пку Analyze (анализ), по лу чим значениеE. Д иэлектрическаяпо д ло ж ка зад аетсяпараметрами H, ER и TAND. Е сли параметр TAND (тангенс д иэлектрических по терь) не зад ан, то по д ло ж ка неимеетпо терь. М аг нитны е св о й ств а по д ло ж ки у читы в аю тся в то м слу чае, если зад аны параметры MSAT и MREM. По у мо лчанию маг нитны е св о й ств а по д ло ж ки неу читы в аю тся. Т ангенс маг нитны х по терь TANM в в о д ится д ля у чета по терь, св язанны х с маг нитны ми св о й ств ами по д ло ж ки, по д о бно тангенсу д иэлектрических по терь TAND. В месте эти д в е в еличины о пред еляю т по тери, св язанны еспо д ло ж ко й . М аг нитны е св о й ств а по д ло ж ки наклад ы в аю т о г раничение на д о пу стимы е часто ты . Т ак, часто та F д о лж на бы ть бо льш е т.н. г иро маг нитно й часто ты , то естьд о лж но в ы по лнятьсясо о тно ш ение: F > 2.8 (MГц/Гау сс) ·MSAT (Гау сс) В ы бо р типа про в о д ника о су щ еств ляется в спискеMetalization (металлизация). Е сли тип про в о д ника не у казан, то считается, что о но блад ает ну лев ы ми по терями и имеет ну лев у ю то лщ ину . М о ж ет бы ть у казано д о трех сло ев металлизации – Bottom (ниж ний ), Middle (сред ний ) и Top (в ерхний ). Д лякаж д о г о сло яо тд ельно у казы в аетсяег о то лщ ина (см.рис.5). Параметр RGH (metalization rms surface roughness) о писы в ает неид еально сть по в ерхно сти металлизиро в анно й о бласти (о бы чно ег о значение мо ж но неу казы в ать). Д лянеко то ры х параметро в , таких как ш ирина линии, ш ирина зазо ра и часто та, в место о д но г о значения параметра мо ж ет бы ть зад анцелы й списо к значений . Д ля это г о в со о тв етств у ю щ ем по ле в в о д ится три значения: начально езначение, ко нечно езначениеи ш аг измененияпараметра. По сле это г о параметр при анализе бу д ет про бег ать в есь набо р значений о т начально г о д о ко нечно г о су казанны м ш аг о м. Н апример, в по лев место о д но г о значениячасто ты мо ж но у казатьслед у ю щ ее: 1GHZ, 5GHZ, 500MHZ. Резу льтаты анализа о то браж аю тся в специально м о кне, ко то ро епо яв ляетсяв ниж ней части системно г о о кна по слео ко нчаниярасчето в . Д о по лнительны е пу нкты г лав но г о меню по зв о ляю т, к примеру , со хранитьпро ектв ф ай ле, заг ру зитьранеесо храненны й про ект, распечатать
15 значения параметро в и резу льтаты расчета, в о спо льзо в аться справ о чно й инф о рмацией .
16 Щ елевая лин ия Щ елев ая линия пред став ляет со бо й у зку ю щ ель или зазо р в то нко м про в о д ящ ем сло е, в ы по лненно м на о д но й сто ро не д иэлектрическо й по д ло ж ки (рис.6). О сно в но й тип ко лебаний в щ елев о й линии о тличено тTEM, зд есь распро страняется в о лна TE10, ко то рая имеет про д о льну ю со став ляю щ у ю маг нитно г о по ля. Д ля у меньш ения излу чения в таких линиях испо льзу ю тсяпо д ло ж ки с в ы со ким значением ε. Щ елев ы е линии о блад аю т ряд о м д о сто инств , сред и ко то ры х – W εr h в о змо ж но сть по лу чения в ы со ко г о в о лно в о Рис.6. Щ елев аялиния г о со про тив ления за счет расш ирения щ ели, эллиптическая по ляризация по ля (испо льзу ется д ля изг о то в ления нев заимны х у стро й ств ), низкие требо в ания к качеств у о брабо тки о братно й сто ро ны по д ло ж ки. Рассмо трим со о тно ш ения, ко то ры еприменяю тсяд лярасчета щ елев ы х линий . И зв естны е мето д ы анализа не по зв о ляю т по лу чить про сты е в ы раж ения д ля расчета параметро в щ елев ы х линий . По это му о бы чно испо льзу ю т ф о рму лы , прив ед енны е ниж е и по лу ченны е аппро ксимацией экспериментальны х крив ы х. Н ай д ем д лину в о лны типа TE10, ко то рая распро страняется в щ елев о й линии, а такж е ее в о лно в о е со про тив ление. Е сли в ы по лняется у сло в ие 0,02 ≤ W h ≤ 0,2 , то справ ед лив ы след у ю щ иесо о тно ш ения: λ s λ 0 = 0,923 − 0,195 ⋅ ln ε r + 0,2 W h − (0,126 W h + 0,02 ) ⋅ ln (h λ 0 ⋅ 100) , (W h − 0,02) ⋅ (W h − 0,1) + Z 0 = 72,62 − 15,283 ⋅ ln ε r + 50 ⋅ Wh + ln (W h ⋅100 ) ⋅ [19,23 − 3,693 ln ε r ] − [0,139 ⋅ ln ε r − 0,11 + W h ⋅ (0,465 ⋅ ln ε r + 1,44)]× 2 × (11,4 − 2,636 ⋅ ln ε r − h λ 0 ⋅ 100) Зд есь λ s - д лина в о лны в в о лно в о д е, λ 0 - д лина в о лны то й ж е часто ты в св о бо д но м про странств е. В слу чае, если 0,2 ≤ W h ≤ 1,0 , со о тно ш ениябу д у тд ру г ими: λ s λ 0 = 0,987 − 0,21 ⋅ ln ε r + W h ⋅ (0,111 − 0,0022ε r ) − , − (0,053 + 0,041 ⋅ W h − 0,0014ε r ) ⋅ ln (h λ 0 ⋅ 100 ) Z 0 = 113,19 − 23,257 ⋅ ln ε r + 1,25 ⋅ W h ⋅ (114,59 − 22,531 ⋅ ln ε r ) + + 20 ⋅ (W h − 0,2 ) ⋅ (1 − W h ) − [0,15 + 0,1 ⋅ ln ε r + W h ⋅ (− 0,79 + 0,899 ⋅ ln ε r )]× 2 × [10,25 − 2,171 ⋅ ln ε r + W h ⋅ (2,1 − 0,617 ⋅ ln ε r ) − h λ 0 ⋅ 100] Знаяд лину в о лны в св о бо д но м про странств еи в линии перед ачи, лег ко рассчитатьзначениеэф ф ектив но й д иэлектрическо й про ницаемо сти:
{
}
17 λ ε rэ = 0 . λ Д ля расчета параметро в щ елев о й линии спо мо щ ью пакета Serenade в г лав но м меню про г раммы Trl80.exe ну ж но в ы братьпу нктSlotline (щ елев ая линия). При это м по яв ится о кно , в ко то ро м, как и в в ы ш ерассмо тренно м слу чае, в в ерхней части бу д етизо браж ена щ елев аялиниясу казанны ми на ней о бо значениями ко нстру ктив ны х параметро в и набо р по лей д ля в в о д а значений . По ско льку о бо значения ко нстру ктив ны х параметро в в про г рамме ед ино о бразны д ля в сех типо в линий перед ач, то не бу д ем касаться о тд ельно это г о в о про са (см. микро по ло ско в ы е линии перед ач). Д ля по лу ченияд о по лнительно й инф о рмации мо ж но в о спо льзо в атьсясправ о чно й системо й , ко то рая в ы зы в ается наж атием клав иш и F1 на панели слу ж ебны х клав иш клав иату ры .
Коп лан арн ы й волн овод Гео метрически и электрически ко планарны й в о лно в о д пред став ляет со бо й “сд в о енну ю ” щ елев у ю линию перед ачи. О нсо сто итиз центрально г о про в о д ника и д в у х параллельны х ему заземленны х про в о д нико в , распо ло ж енны х в то й ж е пло ско сти по о бе сто S W W W W W ро ны о т центрально г о про в о д ника (рис.7). ε h Т ако й в о лно в о д о блаr д ает теми ж е преиму Рис.7. К о планарны й в о лно в о д . щ еств ами, что и щ елев ая линия перед ачи. К ро ме то г о , ег о в о лно в о е со про тив ление практически не зав исит о т то лщ ины по д ло ж ки, что д аетв о змо ж но стьиспо льзо в атьпо д ло ж ки св ы со ким значением ε, за счет чег о у меньш ить линей ны е размеры микро схем. В аж ны м д о сто инств о м ко планарно г о в о лно в о д а яв ляется такж е в о змо ж но сть бо лее про сто г о мо нтаж а пассив ны х и актив ны х ко мпо ненто в по след о в ательно и параллельно с линией перед ачи. При это м нет нео бхо д имо сти в в ы св ерлив ании о тв ерстий и изг о то в лении пазо в в по д ло ж ке. Д ляпро сто ты бу д ем считать, что эф ф ектив ная д иэлектрическая про ницаемо сть ко планарно г о в о лно в о д а приближ енно рав на эф ф ектив но й д иэлектрическо й про ницаемо сти щ елев о й линии. В о лно в о есо про тив лениебу д ем рассчиты в атьпо ф о рму ле: 30π K ′(k ) Z0 = , ε rэ K (k ) г д е k = s (s + 2 W ) , K ′(k ) В ы раж ение , ко то ро е ш иро ко испо льзу ется при расчете по ло сK (k ) ко в ы х линий , аппро ксимиру етсяслед у ю щ им о бразо м:
18 1 1+ ln 2 ′ K (k ) π 1 − = K (k ) 1 1 + ln 2 π 1 −
k′ k ′
k k
д ля0 ≤ k ≤ 0,7 (1)
−1
д ля0,7 ≤ k ≤ 1
г д е k′ = 1 − k . Д ля бо лее то чно г о расчета параметро в ко планарно г о в о лно в о д а в о спо льзу емся пакето м Serenade. В г лав но м меню про г раммы Tr80.exe в ы берем пу нкт Structure->Complanar Waveguide. У каж ем нео бхо д имы е д ля расчета д анны епо анало г ии со слу чаями, рассмо тренны ми в ы ш е. Свя зан н ы ем икроп олос ковы елин ии При изг о то в лении мно г их ко мпо ненто в с испо льзо в анием микро по ло ско в ы х линий испо льзу ю т электро маг нитну ю св язь меж д у параллель-
W
h
W
S
εr
а) Э лектрическаястенка
М аг нитнаястенка
Cga
Cf
Cp
C′f C
C′f C
б)
Cp
Cf
Cf
Cp
C gd
Cp
Cf
в)
Рис.8. Св язанны елинии. а) о бщ ий в ид ; б) экв ив алентнаясхема при четно м в о збу ж д ении; в ) экв ив алентная схема при нечетно м в о збу ж д ены ми про в о д никами. Э та св язь распред елена по в сей д лине про в о д нико в . Св язанны е линии (рис.8а) ш иро ко испо льзу ю тся в схемах ф ильтро в , направ ленны х о тв етв ителей , элементо в св язи и т.д . В таких линиях мо г у т распро странятьсяд в а в ид а ко лебаний . При четно м типев о збу ж д енияпо ле в о беих линиях распро страняетсясинф азно , а при нечетно м - про тив о ф азно . Св о й ств а св язанны х линий о пред еляю тся значениями со бств енны х и в заимны х инд у ктив но стей и емко стей . При кв ази-Т приближ ении со бств енная инд у ктив но сть с по мо щ ью несло ж ны х со о тно ш ений мо ж ет бы ть
19 в ы раж ена через со бств енну ю емко сть. К ро ме то г о , д ля бо льш инств а у стро й ств на св язанны х линиях в заимны е инд у ктив но сти и емко сти такж е о казы в аю тся в заимо св язанны ми. Т аким о бразо м, д ля св язанны х микро по ло ско в ы х линий в бо льш инств еслу чаев д о стато чно о пред елитьто лько емко стны е параметры . Причем число и значения этих параметро в бу д у т о тличаться при четно м и нечетно м в о збу ж д ении (см. рис.8 б,в ). О чев ид но , что св язь меж д у линиями о пред еляется в о сно в но м нечетны м типо м ко лебаний (при четно м типе в о збу ж д ения по ля в пло ско сти симметрии ко мпенсиру ю т д ру г д ру г а, то есть о бразу ется так назы в аемая маг нитная стенка, изо браж енная на рис.8б пу нктиро м). Благ о д аря св о й ств у симметрии (или антисимметрии) по ля значительно у про щ ается сло ж ны й анализ в заимо д ей ств у ю щ их линий , так как мо ж но рассматрив ать каж д у ю из линий о тд ельно при у сло в иях четно г о и нечетно г о в о збу ж д ения. Су ммарны е емко сти, прихо д ящ иеся на ед иницу д лины , при четно м и нечетно м в о збу ж д ении мо ж но записатьв в ид е: C e = C p + C f + C′f - при четно м в ид ев о збу ж д ения, C o = C p + C f + C ga + C gd - при нечетно м в ид ев о збу ж д ения, г д е C p = ε 0ε r W h . C f , C′f , C ga и C gd - различны екраев ы еемко сти. ε rэ
− Cp с⋅ Z 0 Cf Cf = , C′f = ⋅ ε r ε rэ , 2 1 + A ⋅ (h s ) ⋅ th (10 ⋅ s h ) г д е A = exp[− 0,1 ⋅ exp(2,33 − 2,53 W h )] . Е мко сть C ga - со став ляю щ ая, о пред еляемая краев ы м по лем в щ ели в св о бо д но м про странств е при нечетно м в о збу ж д ении. О на мо ж ет бы ть най д ена из след у ю щ их со о тно ш ений : K (k ′) sh K (k ′) C ga = ε 0 ⋅ ; k= ; k ′ = 1 − k 2 , г д е о тно ш ение о преK (k ) K (k ) s h + 2W h д еляетсяиз со о тно ш ения(1). Е мко сть C gd , ко то рая о пред еляется краев ы м по лем в щ ели в ну три д иэлектрика, мо ж етбы тьнай д ена по ф о рму ле: ε ε 0,02 πs C gd = 0 r ⋅ ln cth + 0,65 ⋅ C f ε r + 1 − ε −2 r . π 4h s h В о лно в о е со про тив ление и эф ф ектив ная д иэлектрическая по сто янная о пред еляю тсяпо ф о рму лам:
[
Z 0i = c ⋅ C i ⋅ C iв ε rэ = C i C iв .
]
−1
,
20 И нд ексi заменяетинд ексы e или o д лячетно г о и нечетно г о в ид о в в о збу ж д ения со о тв етств енно , а C в - значениеемко сти в то м слу чае, ко г д а д иэлектрико м яв ляетсяв о зд у х. Нап равлен н ы еответвители Н аправ ленны й о тв етв итель (Н О ) яв ляется в о сьмипо лю сны м у стро й ств о м, о су щ еств ляю щ им направ ленно ео тв етв лениеэнерг ии. В у стро й ств е различаю тперв ичну ю (о сно в ну ю ) и в то ричну ю (в спо мо г ательну ю ) линии. При в о збу ж д ении о д но г о из плеч перв ично й линии часть мо щ но сти перед ается в д ру г о е плечо это й линии, а часть – в о д но из плеч в то рично й линии. При это м в ид еально м слу чае в о д но из плеч в то рично й линии мо щ но стьв о о бщ енеперед ается, и о но о казы в аетсяразв язанны м о тно сительно в о збу ж д аемо г о плеча перв ично й линии. К о нечно , разд еление линий на перв ичну ю и в то ричну ю у сло в но , так как их мо ж но по менять местами и в о збу ж д атьо д но из плеч в то рично й линии. Гибрид ны м со ед инением (или трехд ецибельны м направ ленны м о тв етв ителем) назы в аю ттако й Н О , ко то ры й о су щ еств ляетрав но ед елениемо щ но сти меж д у св язанны ми плечами. В ид еально м слу чаеН О пред став ляетсо бо й чисто реактив ны й (не имею щ ий по терь) в заимны й в о сьмипо лю сник, ко то ры й мо ж етбы тьо писанматрицей рассеянияслед у ю щ ег о в ид а: S11 S12 S13 S14 S S 22 S 23 S 24 S = 21 S S32 S33 S34 31 S 41 S 42 S 43 S 44 Х арактеристики Н О мо г у т бы ть най д ены через элементы матрицы рассеяния. О бы чно анализиру ю тсяслед у ю щ иехарактеристики: Р абоч е е зат у хание (д Б) о пред еляется о тно ш ением мо щ но стей на в хо д е и в ы хо д еперв ично й линии 2 C13 = 10 lg(P1 P3 ) = 10 lg 1 S13 . П е ре ходное ос лабле ние о пред еляется о тно ш ением мо щ но стей на в хо д е перв ично й линии и на св язанно м сним в ы хо д ев то рично й линии 2 C12 = 10 lg(P1 P2 ) = 10 lg 1 S12 . Р азвязка о пред еляется о тно ш ением мо щ но стей на в хо д еперв ично й линии и на разв язанно м в ы хо д ев то рично й линии 2 C14 = 10 lg(P1 P4 ) = 10 lg 1 S14 . Направле ннос т ьНО 2 2 C 24 = 10 lg(P2 P4 ) = 10 lg S12 S14 . Коэф ф ицие нт с т ояч е й волны вi-м пле ч е K стUi = (1 + Sii ) (1 − Sii ).
(
)
(
)
( (
)
)
21 В матрицерассеяния ид еально г о Н О рав ны ну лю элементы S11 , S 22 , S33 , S 44 (у сло в ия ид еально г о со г ласо в ания), а такж е элементы S14 , S 41 , S 23 , S32 (у сло в ия ид еально й разв язки). В реальны х у стро й ств ах, ко то ры е рабо таю т в ко нечно й по ло се часто т, эти со о тно ш ения стро г о не в ы по лняю тся. Рассмо трим о д иниз типо в Н О – ш лей ф ны й Н О (рис.9). О нпред λ4
1
Y2 , λ 4 Y1, λ 4
2
Y2 , λ 4
а)
3
1
Y
Y
0
Y
Y1, λ 4
4
Y 2
Y
2
λ4
1
Y
3 0
1
Y
0
Y
0
4
2
б)
Рис.9. Ш лей ф ны й направ ленны й о тв етв итель а) э лектрическаясхема; б) то по ло г ия.
став ляетсо бо й д в а о трезка лини перед ач, со ед иненны х меж д у со бо й д в у мя или бо лее ш лей ф ами, д лина ко то ры х рав на четв ерти д лины в о лны в линии. Ш лей ф ы в клю чаю тся в линию такж ена рассто янии λ 4 . При в о зрастании числа ш лей ф о в расш иряется по ло са рабо чих часто т, о д нако при числе ш лей ф о в бо льш е трех в о лно в ы е со про тив ления край них ш лей ф о в стано в ятся слиш ко м бо льш ими. По это му на практике ред ко испо льзу ю т Н О с число м ш лей ф о в бо льш е трех. Лег ко рассчитать, что при ид еально м со г ласо в ании матрица рассеянияд в у хш лей ф но г о Н О имеетв ид : j y1 0 0 1 0 0 y1 j S=− . y 2 j y1 0 0 y1 j 0 0 О с н овн ы етип ы н еодн ородн ос тей в м икроп олос ковы х лин ия х Н аибо лееизв естны и хо ро ш о тео ретически о писаны след у ю щ иетипы нео д но ро д но стей : разо мкну ты й ко нец линии, разры в микро по ло ско в о г о про в о д ника, паз в микро по ло ско в о м про в о д нике, скачо к по ш ирине микро по ло ско в о г о про в о д ника, изг ибег о по д прямы м у г ло м, T-со ед инение и пересечение линий . Н е бу д ем о станав лив аться на в сех у казанны х типах нео д но ро д но стей , в место это г о о г раничимся рассмо трением лиш ь неко то ры х из них, а именно тех, ко то ры енаибо леечасто в стречаю тсяна практикепри изг о то в лении интег ральны х схем СВ Чд иапазо на. Скач ок пош ирине микрополос ковогопроводника Э то т в ид нео д но ро д но сти в о зникает при со ед инении д в у х линий различно й ш ирины , т.е. различны х в о лно в ы х со про тив лений . О бщ ий в ид и экв ив алентная схема тако й нео д но ро д но сти пред став лена на рис.10. Рассмат-
22
W2
W1
L2
T
L1
Z2
Z1
Cc
T
T
а)
б)
Рис. 10. Скачо к по ш иринемикро по ло ско в о г о про в о д ника а) – то по ло г ия б) – экв ив алентнаясхема
рив аемая схема со сто ит из параллельно й емко сти в сечении скачка C c и д в у х по след о в ательны х инд у ктив но стей L1 и L 2 с каж д о й сто ро ны . Д ля расчета мо г у тбы тьиспо льзо в аны след у ю щ иев ы раж ения: Cc = (4,386 ln ε r + 2,33) W2 W1 − 5,472 ln ε r − 3,17 W1 W2 , ε r ≤ 10; 1,5 ≤ W2 W1 ≤ 3,5 Значение C c о пред еляется в пико ф арад ах, в се о стальны е значения – в ед иницах СИ . L w1 Lw2 L1 = ⋅ Lc L2 = ⋅ Lc L w1 + L w 2 L w1 + L w 2 L w1 и L w 2 - инд у ктив но сти на ед иницу д лины (Гн/м) микро по ло ско в ы х линий сш ирино й W1 и W2 со о тв етств енно , о пред еляемы екак: L w = Z 0 ε rэ c , г д ес – ско ро стьсв ета ( 3 ⋅ 10 8 м с). L c , или су ммарнаяинд у ктив но сть, рав наясу мме L1 и L 2 , о пред еляетсяпо ф о рму ле: 2
W W Lc W = 40,5 2 − 1,0 − 32,57 ln 2 + 0,2 2 − 1,0 . W h W1 W1 1
Значение L c по в ы ш еприв ед енно й ф о рму ленахо д итсяв нано г енри (нГн). И згибмикрополос ковогопроводника под прямы м у глом И зг ибы микро по ло ско в ы х про в о д нико в чащ ев сег о в стречаю тся при ко нстру иро в ании у зла су чето м размещ енияег о на плате. О бщ ий в ид и экв ив алентная схема тако й нео д но ро д но сти по казана на рис.11. Схема со сто ит из трех элементо в – ш у нтиру ю щ ей емко сти C и и д в у х о д инако в ы х по след о в ательны х инд у ктив но стей , значение каж д о й из ко то ры х рав но Lи 2 . (14ε r + 12,5) W h − (1,83ε r − 2,25) 0,02ε r Cи + д ляW h < 1 = , Wh Wh W ( 9,5ε r + 1,25) W h + 5,2ε r + 7,0 д ляW h ≥ 1
23 W
T1 Lи 2
T2 Z0
а)
Z0
Cи
T2
T1
W
Lи 2
б)
Рис. 11. И зг ибмикро по ло ско в о г о про в о д ника по д прямы м у г ло м а) – то по ло г ия б) – экв ив алентнаясхема
(
)
Lи = 100 4 W h − 4,21 , h г д е C и о пред еляетсяв пико ф арад ах (пФ ), а L и - в нано г енри (нГн).
24
1. 2. 3. 4. 5. 6.
7.
Л и т ера т ура . М ило рацкий Л.Г.. М икро миниатю ризация элементо в и у стро й ств СВ Ч/ Л.Г М ило рацкий . – М .: Со в етско ерад ио , 1976. – 216 с. М икро электро нны е у стро й ств а СВ Ч/ Г.И . В есело в , Е .Н . Е г о ро в , Ю .Н . А лехини д р. – М .:В ы сш . ш к., 1988. – 280 с. К ац Б.М . и д р. О птимальны й синтез у стро й ств СВ Ч с Т -в о лнами/По д ред . В .П. М ещ ано в а. – М .: Рад ио и св язь, 1984. – 288 с. А в то матизиро в анно е про ектиро в ание у стро й ств СВ Ч/ По д ред . В .В Н ико льско г о . - М .: Рад ио и Св язь, 1982. – 272 с. Гу пта К ., Гард ж Р., Чад ха Р. М аш инно епро ектиро в аниеСВ Чу стро й ств / К . Гу пта, Р. Гард ж , Р. Чад ха. - М .: Рад ио и св язь, 1987. – 432 с. Лы пкань В .Н ., Т екш ев В .Б. А в то матизиро в анно е про ектиро в ание мало ш у мящ их транзисто рны х у силителей СВ Ч/ В .Н . Лы пкань, В .Б. Т екш ев .СПб.: В ЗУ И С,1992. – 230 с. Разев иг В .Д . Система скв о зно г о про ектиро в анияэлектро нны х у стро й ств DesignLab 8.0/ В .Д . Разев иг . - М .:Со ло н, 1999. – 698 c.
25
Со став ители: А лг азино в Э д у ард К о нстантино в ич, Бо бреш о в А нато лий М ихай ло в ич, Д ы бо й А лександ р В ячеслав о в ич, К итаев Ю рий И в ано в ич
Ред акто р: Т ихо миро в а О .А .