几乎所有的高速信号都用差分线进行传输,由于差分线也是传输线类型中的一种,那么在设计差分线时该注意什么呢?或者说有哪些因素会影响到差分线的特征阻抗?
对于均匀(横截面相同、介质材料的电特性固定)的传输线来说,在不考虑损耗(含介质损耗和导体损耗)的情况下,其特征阻抗可用公式
来计算。大家如果能紧紧抓住这个公式,分清楚哪些因素会影响寄生电感L、哪些因素会影响寄生电容C,那么差分阻抗的问题就一目了然, 比如介电常数肯定影响的是电容C,介电常数越大,电容越大,那么特征阻抗就会减小。先来看一个用polar SI9000计算的差分特征阻抗截图,当前计算的差分阻抗为100.67ohm,其中影响特征阻抗的因素有9个,各参数对L和C分别有啥影响?大家如果不是很清楚,可以借助了ANSYS Q2D软件来进行分析。
Q2D软件为二维准静态场求解器,主要用来提取横截面均匀的传输线(不限于传输线,在较短的长度范围内,如果结构的横截面不变化,同样可以用Q2D来确定该小段的特性阻抗)的RLGC寄生参数和特性阻抗等,操作非常简单,也注定Q2D的功能也相对单一些。
以下为软件的具体操作步骤:
1、新建Q2D工程项目,可执行project>insert 2D extractor design,或者点击Q2D小图标,红色方框所示。
2、修改单位modeler>units>mil,然后点击2D Extractor>Design properties,按polar si9000阻抗计算截图建立如下变量:
3、建立差分线模型:
3.1 先随便画一个矩形,然后如下坐标更改
3.2 选中trace,点击镜像复制图标,在右下角的坐标提示中,先输入X=0、Y=0、Z=0,按Enter键,然后输入dX=1、dY=0、dZ=0,完成镜像复制。
3.3 画上介质层,同样随便画一个矩形,然后按如下坐标修改,修改名字为sub。
3.4 画上底层参考GND,同样随便画一个矩形,然后按下图坐标修改,名字改为gnd。
3.5 画绿油层,同样随便画一个矩形,按如下修改坐标,此为c1厚度绿油;
然后按如下坐标建立铜上的绿油,要用到3.2一样的镜像复制,然后将三个绿油层相加,名字改为soldermask3.6 最终建立好的模型如下:(注意sub和soldermask的属性为copper,其实这两个都是介质,要修改材料属性)。
4、材料属性设置,给大家说下怎讲将介质的介电常数DK参数化,如下:在工程目录下,右键material>Edit Library,点击Add material。
最终模型属性定义:
5、定义导体类型:工程目录下,右键conductors>auto assign signals,然后将gnd更改为为reference ground
6、求解设置:求解频率改为5GHz,,同时将最大迭代次数改为20,在CG\RL Advanced下,将收敛次数改为2,防止假收敛。
7、 运行仿真,先check有没有错误:没有错误直接运行即可。
8、定义差分:工程目录下,右键reduce matrix>diff pair,在弹窗中同时显示trace1和trace1_1,点击save and create.
然后在reduce matrix下面有个diffpairMatrix,表示生成差分对成功。
9、查看差分阻抗:在reduce matrix下面有个diffpairMatrix,右键matrix,在弹窗中按红色方框选择TLine Data,可以看到当前差分阻抗为102.2ohm,比计算值大1.6ohm。
关于各参数对性能的影响,不一一举例,以介质sub的介电常数为例说明,其他参数一样!
10、定义参数扫描:在optimic下,右键add>parametric,选择变量$Er1,sweep from 3 to 8,step=1,然后运行仿真。
11、查看介电常数$Er1对差分阻抗和L、C的影响:
注意:primary sweep选择为$Er1,其他按红色标识选择。Zmodel 1为差分模式,model2为共模模式。
差分阻抗:介电常数越大,阻抗越小.
电感变化的不过0.12,说明介电常数对于电感L几乎没有影响
介电常数越大,电容越大,这符合电容的定义。
其他参数的影响可用同样的方法查看,不再重复。
技术邻专家介绍
Ansys高频电磁仿真
通信工程高级射频工程师从业8年
电磁场与微波技术硕士
擅长信号完整性设计与仿真、电源完整性PI仿真、EMI\EMC仿真、电磁屏蔽效能研究、天线设计
联系客服