Газизов - ЭСиУРС. Т. Р. Газизов Электромагнитная совместимость и безопасность радиоэлектронной аппаратуры Рекомендовано умо по образованию в области сервиса и туризма в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведени
 Скачать 3.32 Mb.
|
|
соединённых отрезков связанных линий ( l 1 =5 см, V in0 =10 В, t r =10 пс) l 2 , см H d 2 / W=0,2 H d 2 / W=0,3 H d 2 / W=0,4 2 -6 -4 -2 0 2 4 0 500 1000 -6 -4 -2 0 2 4 0 500 1000 -6 -4 -2 0 2 4 0 500 1000 4 -6 -4 -2 0 2 4 0 500 1000 -6 -4 -2 0 2 4 0 500 1000 -6 -4 -2 0 2 4 0 500 1000 6 -6 -4 -2 0 2 4 0 500 1000 -6 -4 -2 0 2 4 0 500 1000 -6 -4 -2 0 2 4 0 500 1000 8 -6 -4 -2 0 2 4 0 500 1000 -6 -4 -2 0 2 4 0 500 1000 -6 -4 -2 0 2 4 0 500 1000 10 -6 -4 -2 0 2 4 0 500 1000 -6 -4 -2 0 2 4 0 500 1000 -6 -4 -2 0 2 4 0 500 Полная компенсация 0 2 4 0 500 1000 -6 -4 -2 0 2 4 0 500 1000 -6 -4 -2 0 2 4 0 500 1000 l 2 =2,8 см l 2 =5,6 см l 2 =8,4 см Сводные зависимости пиковых значений дальней перекрёстной помехи от l 2 для различных H d2 /W=0,2; 0,3; 0,4 показаны на рис. 2.34 ( ο). Ясно видна возможность компенсации дальней перекрёстной помехи связанных ОПЛ дальней перекрёстной помехой связанных ППЛ за счёт выбора параметров этих линий. Компенсация дальней перекрёстной помехи возможна ив межсоединении печатной платы с двухслойным диэлектриком из трёх отрезков (рис. 2.35). Для этой структуры вычислены формы дальней перекрёстной помехи для H d2 /W=0,28 при l 1 =l 3 =5 см и l 2 =6, 8, 10, 12, 14 см. Они показаны в табл. 2.7, из которой видна значительная зависимость величины и полярности дальней перекрёстной помехи от длины среднего отрезка. Сводная зависимость соответствующих пиковых значений дальней перекрёстной помехи от l 2 показана на рис. 2.34 ( Δ). l 2 , см 2 4 6 8 10 12 14 16 18 4 2 –4 –6 0 3 1 –1 –2 –3 –5 V FAR , В H d2 /W=0,2 H d2 /W=0,3 H d2 /W=0,4 H d2 /W=0,28 H d2 /W=0,8 Рис. 2.34. Зависимости V FAR от переходы Рис. 2.35. Три отрезка из линий обращённых ( l 1 ), подвешенных ( l 2 ), обращённых ( l 3 ) Таблица Формы (В, пс) дальней перекрёстной помехи для трёх последовательно соединённых отрезков связанных линий ( l 1 = l 3 =5 см, V in0 =10 В, t r =10 пс) l 2 , см H d 2 / W=0,28 6 -6 -4 -2 0 2 4 500 1000 1500 8 -6 -4 -2 0 2 4 500 1000 1500 10 -6 -4 -2 0 2 4 500 1000 1500 12 -6 -4 -2 0 2 4 500 1000 1500 14 -6 -4 -2 0 2 4 500 1000 1500 Таким образом, в разделе показаны возможности значительного уменьшения величины дальней перекрёстной помехи в различных структурах из нескольких отрезков ППЛ и ОПЛ за счёт компенсации перекрё- стных помех разной полярности соответствующим выбором параметров этих отрезков. Кроме того, показана корректность оценки параметров отрезков по приближенному условию полной компенсации (2.2). 2.4.3.2.3. Отрезок связанных МПЛ с покрывающим диэлектрическим слоем Компенсация дальней перекрёстной помехи в широко применяемых обычных связанных МПЛ невозможна, поскольку для любых параметров этих линий ёмкостная связь всегда меньше индуктивной. Однако простое добавление покрывающего диэлектрического слоя поверх обычных МПЛ преобразует их в линии, подобные ОПЛ. Следовательно, новые свойства, отсутствующие в обычных МПЛ (в частности, возможность компенсации дальней перекрёстной помехи, могут появиться в покрытых МПЛ и использоваться в одиночном или последовательно соединённых отрезках таких связанных линий (рис. 2.36). W S W D D H d1 , ε r1 l 2 l 1 l 3 H d2 , ε r2 T T Рис. 2.36. Структура с линиями с покрывающим диэлектрическим слоем Для проверки этого предположения вычислены параметры линий и смоделированы формы сигналов. Исходные параметры линий T/W=0,1; D/W=3; S/W=1; H d1 /W=0,5; ε r1 =3. Вычисленные зависимости (K C –K L ) от H d2 /W для ε r2 =1; 2; 3; 4; 5 показаны на рис. 2.37, из которого видна возможность) быть равной нулю или больше нуля при Несмотря на простоту конфигурации, моделирование формы дальней перекрёстной помехи при различных параметрах покрывающего диэлектрического слоя требует вычислений по моделям разной сложности. Так, для исследования зависимости формы сигнала от толщины покрывающего слоя достаточно вычисление отклика одного отрезка связанных линий. Однако для исследования зависимости формы сигнала от длины покрывающего диэлектрического слоя надо вычислить отклик двух отрезков связанных линий. Наконец, для исследования зависимости полной компенсации перекрёстной помехи от положения покрывающего диэлектрического слоя надо вычислить отклик трёх отрезков. Ниже рассмотрен и пояснён каждый из этих случаев, нов отличие от предыдущих разделов, показаны формы сигнала не только дальней, но и ближней перекрёстной помехи, причем, вначале и конце активной линии. Это позволит более полное исследование данного способа, а именно, оценку влияния всех основных геометрических параметров покрывающего диэлектрического слоя на формы сигналов на всех четырёх концах исследуемой структуры. Сначала дальняя перекрёстная помеха рассчитывалась для структуры из одного отрезка двух связанных МПЛ с покрывающим диэлектрическим слоем (l 1 =l 3 =0, l 2 =20 см. Вначале активной линии полагался входной сигнал с линейно нарастающим фронтом t r =100 пс до V in0 =10 В. Пять пиковых значений (делённых на 100 В) дальней перекрёстной помехи для H d2 /W=0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8 ( ε r2 =5; H d1 /W=0,5; ε r1 =3; D/W=3; S/W=1, T/W=0,1) показаны на рис. 2.37 ( Ο ). (Три примера форм сигналов, для H d2 =0; 0,4; 0,8, показаны в табл. 2.8.) Видно значительное изменение пе- рекрёстной помехи, в частности её полярности и величины, с высотой покрывающего слоя. Это значит, в частности, что при заданной величине ε r2 (когда ε r2 > ε r1 ) соответствующим выбором значения H d2 можно минимизировать дальнюю перекрёстную помеху. Отметим, что точка возможной полной компенсации дальней перекрёстной помехи, указываемая окружностями, приблизительно соответствует точке, указываемой соответствующей сплошной линией (K C –K L ) для ε r2 =5, что подтверждает корректность оценки точки компенсации дальней перекрёстной помехи по вычислению параметров без вычисления временного отклика. 0 0,4 0,8 H d2 /W K C – K L , V FAR /100 В ε r2 = 5 4 3 2 1 –0,06 0,06 0 Рис. 2.37. Зависимость ( K C – K L ) связанных МПЛ с покрывающим диэлектрическим слоем от H d 2 / W для ε r 2 =1, …, 5 (сплошные линии. Пять значений ( V FAR /100 В) для рис. 2.36 ( Ο ) Таблица Формы сигналов (В, нс) на ближнем и дальнем концах активной (слева) и пассивной (справа) линий для H d2 / W =0; 0,4; 0,8 (сверху вниз) 0 4 8 12 0 1 2 3 -3 0 3 0 1 2 3 0 4 8 12 0 1 2 3 -3 0 3 0 1 2 3 0 4 8 12 0 1 2 3 -3 0 3 0 1 2 3 Для более детального исследования возможности уменьшения дальней перекрёстной помехи рассмотрена её зависимость от длины покрывающего диэлектрического слоя. С этой целью проанализирована двухот- резковая структура (l 1 =0) из отрезка связанных МПЛ с покрывающим слоем и отрезка связанных МПЛ без этого слоя. Параметры отрезка с покрывающим слоем соответствуют H d2 /W=0,8; ε r2 =5; H d1 /W=0,5; ε r1 =3; D/W=3; S/W=1, T/W=0,1. Формы сигналов, вычисленные для возрастающей длины покрывающего диэлектрического слоя (l 2 =2, 4, …, 18 см) при неизменной общей длине структуры (l 2 +l 3 =20 см, показаны в табл. 2.9– 2.11. Для наглядности сводная зависимость пикового значения дальней перекрёстной помехи от l 2 показана на соответствующем графике рис. 2.34 ( ). Видно, что величина дальней перекрёстной помехи в этом случае также может быть уменьшена аналогично предыдущему случаю. Но это достигается посредством компенсации отрицательной дальней перекрёстной помехи МПЛ положительной дальней перекрёстной помехой МПЛ с покрывающим диэлектрическим слоем. Таким образом, в случае очень толстого покрывающего слоя его длина не должна быть очень большой для полной компенсации дальней перекрёстной помехи. Наконец, рассмотрено влияние положения покрывающего диэлектрического слоя на полную компенсацию дальней перекрёстной помехи. С этой целью найдена длина покрывающего слоя (l 2 =9,84 см, соответствующая полной компенсации дальней перекрёстной помехи в предыдущей структуре. Затем увеличивалось положение l 1 этого покрывающего слоя от начала линий (l 1 =0, …, 10 см, тогда как общая длина структуры сохранялась постоянной (l 1 +l 2 +l 3 =20 см, те. покрывающий слой длиной, соответствующей полной компенсации дальней перекрёстной помехи, передвигается от начала к концу связанной МПЛ длиной 20 см. Вычисленные формы сигналов, соответствующие этому случаю, показаны в табл. 2.12–2.13. Графики, прежде всего, ещё раз показывают, что явление полной компенсации дальней перекрёстной помехи может иметь место ив трёх последовательно соединённых отрезках линий. Ясно видно, что изменение положения покрывающего диэлектрического слоя практически не влияет на полную компенсацию дальней перекрёстной помехи. Можно отметить и то, что форма сигнала в конце активной линии также практически не изменяется. Что касается ближней перекрёст- ной помехи, то изменение её формы очень интересно она как бы сканирует по длине всю линию. Это явление также может быть использовано, например, для совершенствования датчиков различного назначения. Таблица Формы сигналов (В, нс) на ближнем и дальнем концах активной (слева) и пассивной (справа) линий для l 2 =2, 4, 6 см (сверху вниз, l 1 =0, l 2 + l 3 =20 см 0 4 8 12 0 1 2 3 -3 0 3 0 1 2 3 0 4 8 12 0 1 2 3 -3 0 3 0 1 2 3 0 4 8 12 0 1 2 3 -3 0 3 0 1 2 3 Таблица Формы сигналов (В, нс) на ближнем и дальнем концах активной (слева) и пассивной (справа) линий для l 2 =8, 10, 12 см (сверху вниз, l 1 =0, l 2 + l 3 =20 см 0 4 8 12 0 1 2 3 -3 0 3 0 1 2 3 0 4 8 12 0 1 2 3 -3 0 3 0 1 2 3 0 4 8 12 0 1 2 3 -3 0 3 0 1 2 3 Таблица Формы сигналов (В, нс) на ближнем и дальнем концах активной (слева) и пассивной (справа) линий для l 2 =14, 16, 18 см (сверху вниз, l 1 =0, l 2 + l 3 =20 см 0 4 8 12 0 1 2 3 -3 0 3 0 1 2 3 0 4 8 12 0 1 2 3 -3 0 3 0 1 2 3 0 4 8 12 0 1 2 3 -3 0 3 0 1 2 3 Таблица Формы сигналов (В, нс) на ближнем и дальнем концах активной (слева) и пассивной (справа) линий для l 1 =0, 2, 4 см (сверху вниз, l 2 =9,84 см, l 2 + l 3 =20 см 0 4 8 12 0 1 2 3 -1 0 1 0 1 2 3 0 4 8 12 0 1 2 3 -1 0 1 0 1 2 3 0 4 8 12 0 1 2 3 -1 0 1 0 1 2 3 Таблица Формы сигналов (В, нс) на ближнем и дальнем концах активной (слева) и пассивной (справа) линий для l 1 =6, 8, 10 см (сверху вниз, l 2 =9,84 см, l 2 + l 3 =20 см 0 4 8 12 0 1 2 3 -1 0 1 0 1 2 3 0 4 8 12 0 1 2 3 -1 0 1 0 1 2 3 0 4 8 12 0 1 2 3 -1 0 1 0 1 2 3 В заключение отметим следующее. Идея компенсации дальней пере- крёстной помехи, рассмотренной в разделах 2.4.1 и 2.4.2, очень проста. Суть её состоит в способности разности ёмкостной и индуктивной связей между проводниками линии становиться отрицательной, нулевой или положительной (из-за неоднородного диэлектрического заполнения) в зависимости от геометрических и электрических параметров проводников и диэлектриков линии. В результате, изменение какого-либо параметра этой линии около точки нулевой разности даст соответствующее поведение рассматриваемой характеристики линии. Здесь этой характеристикой является дальняя перекрёстная помеха в нескольких типах одно- и многоотрезковых межсоединений в двухслойной диэлектрической среде, рассмотренная в зависимости только от нескольких параметров этих межсоединений. Однако аналогичные интересные эффекты могут быть обнаружены в поведении других характеристик других похожих типов линий или структур межсоединений, состоящих из комбинаций таких линий в зависимости от других параметров – не рассмотренных в этой работе. Полное исследование всех возможных вариантов довольно обширно, но автор надеется, что представленные примеры исследований, имеющих разную степень завершенности, помогут любому заинтересованному найти идеи должного использования описанных явлений в конкретных приложениях. 2.4.4. Уменьшение искажений в отрезке многопроводной линии 2.4.4.1. Дальние перекрёстные помехи В данном разделе исследована дальняя перекрёстная помеха на разных проводниках отрезка многопроводной линии в зависимости от его параметров [131]. Объектом исследования выбрана обычная МПЛ, поскольку она является одной из самых распространённых ив ней возможна компенсация прямой перекрёстной помехи покрывающим диэлектрическим слоем. С помощью метода моментов были вычислены матрицы погонных коэффициентов электростатической [C] и электромагнитной [L] индукции четы- рёх связанных МПЛ с покрывающим диэлектрическим слоем (рис. 2.38). Толщина T и ширина W линий, расстояние между линиями S, расстояние от линий до края структуры D и толщина подложки H d1 таковы, что T/W=0,01; D/W=1; S/W=1; H d1 /W=0,5. Относительная диэлектрическая проницаемость подложки ε r1 =3, покрывающего слоя ε r2 =5, а его относительная толщина H d2 /W=0; 0,1; …; 2. 176 ε r 1 = 3 ε r 2 = 5 H d 1 H d 2 4 3 2 1 W W W W S S S D D T T T T Рис. 2.38. Поперечное сечение исследуемой конфигурации Для моделирования формы прямых перекрёстных помех использовались простые аналитические формулы, полученные в [132] для линий без потерь и дисперсии, с нулевыми нагрузками вначале и согласованных в конце. К началу первой линии подключен генератор ЭДС, линейно нарастающей за 0,1 нс до постоянного уровня 1 В (рис. 2.39). В табл. 2.14 приведены результаты моделирования формы напряжения прямой перекрё- стной помехи на линиях 2, 3, 4 при их длине L=20 см для различных значений (сверху вниз по мере возрастания. 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 t , н , Рис. 2.39. Форма ЭДС генератора, подключённого к линии 1 Качественный анализ формы дальней перекрёстной помехи на конкретной линии сделать довольно сложно, поскольку она является суперпозицией четырёх мод, каждая из которых распространяется со своей скоростью. Однако из результатов моделирования можно сделать следующие выводы пиковые значения дальней перекрёстной помехи на линиях 3 и 4 могут быть одного порядка и могут быть больше, чем на линии 2 (в случае компенсации дальней перекрёстной помехи на линии 2); структура дальней перекрёстной помехи на линии 3 определяется, большей частью, влиянием от линии 1, проявляющемся в виде однопо- лярного импульса, и влиянием импульса перекрёстной помехи в линии 2, проявляющемся в виде двухполярного импульса, причём вклад каждого из этих влияний может быть как превалирующим, таки нулевым полная компенсация (или небольшая перекомпенсация) дальней пере- крёстной помехи на линии 2 минимизирует дальнюю перекрёстную помеху на линиях 3 и 4. Поскольку реальная длина линий может изменяться в довольно широком диапазоне, полезно исследовать зависимость дальних перекрёстных помех от длины линии. В табл. 2.15 и 2.16 приведены выборки (для H d2 /W=0,0 и H d2 /W=0,4 соответственно) результатов моделирования формы дальней перекрёстной помехи (В, нс) на линиях 2, 3, 4 для различных длин L=0,1; 0,2; …; 1 м (на одном графике. В табл. 2.17 приведены зависимости пиковых значений (положительных и отрицательных) дальних перекрёстных помех на линиях 2, 3, 4 от длины линии L=0,1; 0,2; …; 5 м, при различных значениях H d2 /W=0,0; 0,2; 0,4; 0,5; 0,7; 1,9. Из анализа табл. 2.17 можно сделать следующие выводы – при увеличении длины линии пиковые значения дальней перекрёст- ной помехи на линиях 2, 3 и 4 увеличиваются до максимально возможных значений (и дальше не растут, причём эти значения одного порядка и достигают 50% от уровня сигнала в линии 1; – при приближении к точке компенсации дальней перекрёстной помехи на линии 2 уменьшается максимально возможное пиковое значение дальней перекрёстной помехи на этой линии – максимально возможное пиковое значение дальней перекрёстной помехи на линии 3 может быть больше, чем на линии 2. В заключение подчеркнём ещё раз, что представленные результаты получены в предположении линий с нулевыми нагрузками вначале и согласованных на конце. Таким образом, при моделировании учитывается вклад только падающих волн каждой из мод в линиях, что довольно сложно точно проверить экспериментально, поскольку рассогласование мод приведёт к их отражениям той или иной полярности, что может сильно изменить форму и величину дальних перекрёстных помех на разных линиях. Тем не менее, важно, что полученные значения получаются уже только за счёт разности скоростей различных мод и их амплитуд, тогда как наличие отражений может привести к значительному росту значений. Таблица Форма дальней перекрёстной помехи (В, нс) на линиях 2, 3, 4 (цифры на графиках) для различных значений |