Содержание к диссертации
Введение
1. Проблема уменьшения искажений сигналов в межсоединениях монтажных плат 10
1.1 Виды монтажных плат 11
1.2 Типы сигнальных межсоединений помехозащищенной теплопроводной монтажной платы 15
1.3 Причины искажений и способы их уменьшения 17
1.4 Постановка задач исследования 23
2. Выбор и обоснование макетов 24
2.1 Структура макетов 24
2.2 Материалы для макетов 24
2.3 Технология изготовления ПТМП 26
2.4 Измерение геометрических параметров межсоединений 28
3. Вычисление параметров и временного отклика одиночных линий 31
3.1 Вычисление параметров линий 31
3.1.1 Проверка сходимости результатов 32
3.1.2 Обращенная полосковая линия 33
3.1.3 Подвешенная полосковая линия 35
3.2 Вычисление временного отклика 37
3.2.1 Используемая модель 37
3.2.2 Выбор параметров 38
3.2.3 Обращенная полосковая линия 39
3.2.4 Подвешенная полосковая линия 43
3.3 Основные результаты главы 47
4. Вычисление матриц параметров и временного отклика связанных линий 49
4.1 Вычисление матриц параметров линий 49
4.1.1 Проверка сходимости результатов 50
4.1.2 Обращенные полосковые линии 51
4.1.3 Подвешенные полосковые линии 53
4.1.4 Обращенная и подвешенная полосковые линии 56
4.2 Вычисление временного отклика 60
4.2.1 Обращенные полосковые линии 60
4.2.2 Подвешенные полосковые линии 78
4.2.3 Обращенная и подвешенная полосковые линии 94
4.3 Основные результаты главы 110
5. Экспериментальное моделирование 114
Заключение 119
Библиографический список использованной литературы 121
Приложения 129
- Типы сигнальных межсоединений помехозащищенной теплопроводной монтажной платы
- Вычисление временного отклика
- Вычисление временного отклика
- Обращенная и подвешенная полосковые линии
Введение к работе
Актуальность работы. В современных устройствах вычислительной техники и систем управления широко используются импульсные сигналы. Элементы этих устройств связаны между собой межконтактными электрическими соединениями, кратко называемыми межсоединениями. При распространении в них сигналы задерживаются по времени, отражаются от неоднородностей, затухают из-за потерь, создают перекрестные наводки в соседних межсоединениях. Эти факторы способны существенно исказить сигналы, особенно высокочастотные. Поэтому проблема неискаженной передачи импульсных сигналов в межсоединениях высокой плотности становится одной из главных преград дальнейшему совершенствованию вычислительной техники и систем управления. Искажения сигналов присутствуют даже в микросборках, но особенно сильно проявляются в монтажных платах из-за плотной трассировки и большой длины межсоединений.
Состояние вопроса. Ряд ведущих фирм и университетов мира интенсивно исследуют явления, которые происходят в межсоединениях на печатных платах. Получены существенные результаты. Но обзор состояния существующих исследований не позволяет говорить об их полном завершении и выявляет задачи, которые ждут своего решения. Среди основных видов монтажных плат особый интерес вызывают платы на металлическом основании, которое является одновременно жесткой несущей конструкцией, электромагнитным экраном и теплоотводом. Если металлическая пластина является и схемной землей, то печатные проводники ее внутреннего слоя образуют обращенные полосковые линии (ОПЛ), а внешнего- подвешенные полосковые линии (ППЛ). Эти линии сравнительно мало изучены, но имеют интересные особенности и возможности использования. В частности, распространение импульсных сигналов в линиях связи реальных плат на металлическом основании, применяемом в качестве схемной земли, остаётся не исследованным. Слабо изучены возможности уменьшения искажений сигналов за счет соответствующего выбора параметров поперечного сечения ОПЛ и ГШЛ, в частности их диэлектрического заполнения.
Цель работы - исследование и уменьшение искажений импульсных сигналов в одиночных и связанных полосковых линиях помехозащищенных теплопроводных монтажных плат за счет выбора параметров диэлектриков.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Создать макеты реальных ПТМП.
2. Вычислить погонные параметры и временные отклики одиночных и связанных линий на импульсный сигнал для различных параметров сигнала, линий и их окончаний.
3. Выявить возможности уменьшения искажений сигналов.
4. Провести эксперимент для проверки результатов компьютерного моделирования.
Методами исследования являются компьютерное моделирование электрических параметров и характеристик полосковых линий, а также экспериментальное моделирование распространения импульсных сигналов в межсоединениях.
Научная новизна
1. Получены и исследованы модели распространения импульсных сигналов в одиночных и связанных полосковых линиях различного типа с разными параметрами.
2. Установлены зависимости параметров одиночных и связанных линий от параметров диэлектриков и шага трассировки связанных линий.
3. Установлены зависимости уровня искажений импульсных сигналов от времени нарастания сигналов, длины и параметров одиночных и связанных линий.
4. Исследовано влияние числа слоев стеклоткани прокладочной и покрывающего слоя защитного лака на перекрестную помеху. Достоверность результатов, приведенных в работе, подтверждается корректным использованием проверенных математических моделей, согласованностью результатов компьютерного и экспериментального моделирования, внедрением в учебный процесс и на производстве.
Практическая значимость
1. Составлены справочные таблицы значений погонных параметров и отклика полосковых линий реальных ПТМП для их проектирования.
2. Показано, что снижение числа слоев стеклоткани прокладочной уменьшает искажения сигналов.
3. Нанесение сплошного слоя защитного лака можно использовать в качестве простого и дешевого способа уменьшения искажений сигналов.
4. Локальным изменением толщины лака в избранных участках можно уменьшать перекрестную помеху в готовых платах.
Реализация и внедрение результатов исследований
1. Принципы автоматизированного проектирования печатных плат с учетом электромагнитной совместимости (ЭМС) внедрены в учебный процесс на кафедре «Телевидение и управление» ТУСУРа в лабораторных работах по дисциплинам «Автоматизированное проектирование бытовой радиоэлектронной аппаратуры» и «Основы электромагнитной совместимости» (Приложение 1).
2. Подготовлен руководящий документ по проектированию печатных плат с учетом ЭМС для конструкторского отдела в ФГУП «НПЦ «Полюс» (Приложение 2).
3. Разработан раздел «Передача сигнала и его искажения по линиям печатных плат» в НИР «Исследование методов и средств обеспечения ЭМС энергопреобразующей аппаратуры в системах электроснабжения автоматических космических аппаратов» по теме «Задел-Полюс ЭМС» (Приложение 3).
Апробация результатов. Результаты диссертационной работы представлены в докладах на следующих симпозиумах и конференциях: 1. 6-я Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых "Современные техника и технологии ССТ2000", Томск, 2000 г.
2. 15-й Международный Вроцлавский Симпозиум по Электромагнитной Совместимости, Польша, 2000 г.
3. 7-й Международный Симпозиум по Антеннам и Распространению Волн, Япония, 2000 г.
4. 16-я научно-техническая конференция «Электронные и электромеханические системы и устройства», Томск, 2000 г.
5. 6-я Всероссийская научно-практическая конференция «Проблемы информационной безопасности государства, общества и личности», Томск,
2004 г. (2 доклада).
6. 12-е Туполевские чтения: Международная молодежная научная конференция, Казань, 2004 г.
7. Научно-техническая конференция «Электронные и электромеханические системы и устройства», Томск, 2004 г.
8. 7-я Всероссийская научно-практическая конференция «Проблемы информационной безопасности государства, общества и личности», Томск, 2005 г.
9. 11-я Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых "Современные техника и технологии ССТ 2005", Томск, 2005 г. (Приложение 4)
Публикации. Результаты исследований, представленных в диссертации, отражены в 11 публикациях. Из них статей в центральной печати — 1, докладов в трудах международных симпозиумов дальнего зарубежья - 2, докладов в трудах отечественных конференций - 6, тезисов в материалах отечественных конференций - 2.
Структура и объем диссертации. В состав диссертации входят введение, 5 глав, заключение, библиографический список использованной литературы из 67 наименований, 4 приложения. Объем диссертации составляет 132 стр., в том числе 20 рис. и 62 табл.
Типы сигнальных межсоединений помехозащищенной теплопроводной монтажной платы
Сигнальные межсоединения ПТМП похожи на микрополосковые линии (МПЛ). Печатные проводники на обращенной к металлическому основанию стороне платы образуют обращенные полосковые линии, а на наружной стороне - подвешенные полосковые линии. Эти линии имеют интересные особенности и возможности использования, но сравнительно мало изучены. А распространение импульсных сигналов в межсоединениях реальных ПТМП остаётся не исследованным. Поэтому представляется необходимым проведение тщательного моделирования электрических характеристик межсоединений ПТМП с целью выявления возможностей уменьшения искажений сигналов. Сигнальные межсоединения ПТМП можно классифицировать [7]: 1)по числу проводников в отрезке межсоединения: одиночные, связанные и многопроводные;2) по сложности схем: одиночный отрезок, последовательно соединенные отрезки, схемы с ответвлениями, схемы с замкнутыми контурами;3) по размерности конфигураций: двумерные и трехмерные; 4) по виду поперечного сечения проводников: круг, прямоугольник,трапеция;5) по виду диэлектрического заполнения: однородное и неоднородное.Всё разнообразие межсоединений на плате исследовать весьма трудно исложно. Поэтому при их анализе делают определённые упрощения.
Часто рассматривают только одиночные линии, т.е. пренебрегают электрическими и магнитными связями с соседними проводниками [8]. Несмотря на нестрогость такого анализа, он позволяет сделать первые оценки влияния длины и параметров линий, а также их окончаний на искажения сигналов в линиях.
Однако для оценки искажений из-за взаимных связей необходимо рассмотреть хотя бы две связанные линии. Это даёт оценку степени взаимного влияния в паре связанных линий, часто позволяющую определить минимальный уровень паразитных наводок в системе из большого числа линий [9]. Конечно, для более тщательного анализа необходимо рассматривать многопроводные линии [10]. Но такой анализ выполнить гораздо сложнее, и для первых приближенных оценок достаточен анализ только двух связанных линий.
Большая часть межсоединений на печатной плате состоит из одиночных и последовательно соединенных отрезков, поскольку схемы с замкнутыми контурами встречаются крайне редко, а ответвления стараются делать как можно короче. Для начала следует рассмотреть одиночные отрезки, т.к. только разобравшись с теми процессами, которые происходят в них, можно переходить к более сложным схемам. По размерности конфигураций в плате присутствуют и двумерные, и трехмерные межсоединения. Однако анализ трехмерных неоднородностей довольно сложен и, как правило, актуален только для высокочастотных сигналов [11]. Поэтому для первых оценок искажений сигналов можно ограничиться анализом только двумерных межсоединений.
На плате иногда присутствуют проводники круглого сечения, это навесные проводники из провода или проволоки в изоляционной трубке. Их приходится делать, если на плате с очень плотной трассировкой печатных проводников уже не хватает места для некоторых связей. Но такой случай крайне редок, и поперечное сечение печатных проводников представляет собой, в идеальном случае, прямоугольник. Однако из-за подтравов и перетравов, которые происходят в процессе травления печатной платы, поперечное сечение проводника становится похожим на трапецию. В работе рассматриваются проводники только прямоугольного поперечного сечения, поскольку при строгом соблюдении технологического процесса изготовления печатной платы у большинства печатных проводников поперечное сечение становится близким к прямоугольному.
Особенностью межсоединений ПТМП является их неоднородное диэлектрическое заполнение. Так, материал подложки может быть одним, изолирующего слоя— другим, а нанесенного сверху защитного слоя лака — третьим. Различие диэлектрических характеристик всех трех диэлектриков может оказать существенное влияние [1]. Поэтому в данной работе исследуются межсоединения в неоднородном, в частности слоистом, диэлектрическом заполнении.
При передаче гармонического сигнала по одиночному межсоединению он задерживается по времени из-за конечной скорости распространения и затухает по амплитуде из-за потерь в материалах межсоединений. Зависимость характеристик от частоты сигнала называют дисперсией. Изменение геометрических параметров и параметров материалов межсоединения по его длине приводит к изменению задержки и потерь по длине межсоединения [12].
Важное влияние на искажения сигнала, передаваемого по межсоединению, оказывают нагрузки или неоднородности, расположенные по длине межсоединения. В результате часть сигнала отражается от каждой нагрузки и распространяется по межсоединению в обратном направлении. Поэтому к концу межсоединения сначала приходит оставшаяся часть сигнала, а позже приходят его части, испытавшие четное число отражений [13]. Величина, полярность и форма отраженной части сигнала зависят от соотношения нагрузки с волновым сопротивлением межсоединения и от характера нагрузки (резистивная, комплексная) [2], а нелинейность нагрузки обогащает спектр сигнала [14].
С ростом быстродействия элементной базы и увеличения плотности монтажа увеличиваются взамовлияния в соседних межсоединениях. Возбуждение сигнала в активной линии приводит к появлению напряжения (перекрестной помехи) в пассивной линии, которое может привести к сбою работы аппаратуры. Поэтому очень важно исследование процессов, происходящих в связанных межсоединениях плат.
Для уменьшения взаимного влияния межсоединений соседних слоев печатных плат их располагают во взаимно ортогональных направлениях. Однако для повышения плотности и уменьшения длины межсоединений в некоторых фрагментах разводки межсоединения различных слоев удобно провести параллельно друг другу. Ёмкостная и индуктивная связи при этом сильно возрастают и требуют своей оценки, например, для определения максимально допустимой длины связанных линий при заданном уровне перекрёстных помех [15].
Уменьшение искажений сигналов осуществляется, прежде всего, соответствующим выбором параметров межсоединений. Для снижения задержки сигнала в межсоединении фиксированной длины уменьшают относительную диэлектрическую проницаемость (єг) диэлектриков межсоединения. Когда диэлектрики заданы, снижение задержки достигается таким изменением размеров и расположения диэлектриков и проводников межсоединения, чтобы как можно большая часть электромагнитного поля сигнала распространялась в диэлектрике с меньшей ег [16].
Вычисление временного отклика
В данном разделе подробно исследован временной отклик одиночных ОПЛ и ГШЛ.
Рассмотрим модель для отклика: последовательно соединенные входная линия передачи или источник сигнала (с адмиттансом 70), отрезок линии передачи (с адмиттансом Y[ и временем задержки it) и выходная линия передачи или нагрузки (с адмиттансом Y2) (Рис.3.8) [63]. F0( ) = —Vin{t — Ti) - составляющая отклика на дальнем концеструктуры, учитывающая проходящую волну;учитывающая отражение от начала отрезка линии передачи,ближнем конце структуры, учитывающая отражение от конца отрезка линии передачи; где Vin(t) - входной сигнал.
Вычисления временного отклика в начале и конце линии выполнялись с помощью Mathcad программы [63] по аналитическим моделям для вычисления временного отклика на входной сигнал, являющийся перепадом напряжения с линейно нарастающим фронтомфункция, tr— длительность фронта входного сигнала, а VinQ — амплитуда перепада, равная напряжению, измеренному на входной линии передачи при сопротивлении генератора равном волновому сопротивлению входной линии передачи, т.е. амплитуда перепада равна половине ЭДС генератора.
Выбор величины перепада на форму сигнала не влияет и принципиального значения не имеет, поэтому рассматривался перепад напряжения 5 В, близкий к уровню логической «1» ряда цифровых микросхем. Время фронта принималось равным tr=\, 10, 50 нс, т.к существуют микросхемы с такими параметрами.
Например, у микросхем 1526ЛН2 /,.=50 не, а меньшее время фронта позволяет оценить возможность применения более быстродействующих микросхем.Длины линий L принимались равными 10, 20, 30 см, т.к. на выбранном макете ПТМП существуют линии с такими длинами.
Вычисление отклика выполнено для двух случаев, названных согласованным и рассогласованным. В согласованном случае сопротивления в начале и в конце линий приняты равными 50 Ом. Это значение сопротивления равно сопротивлению стандартного тракта, и сопротивления ОПЛ и ППЛ тоже близки к 50 Ом. В реальных платах линии часто не согласовывают, поэтому рассмотрен и такой случай. У цифровых микросхем, в линейном приближении, выходное сопротивление лежит в диапазоне от единиц до десятков омов, а входное составляет сотни килоомов и более [64]. При вычислениях для рассогласованного случая полагалось, что в начале линии подключено сопротивление 8 Ом, а в конце - 1 МОм.
Проведены расчеты откликов сигналов в согласованных и рассогласованных ОПЛ, при длинах 10, 20, 30 см, времени фронта 1, 10, 50 не, для плат с четырьмя, шестью и восемью слоями СТП не покрытых и покрытых лаком. В качестве примера в табл.3.5, 3.6 приведены формы сигналов в начале и в конце согласованной и рассогласованной ОПЛ (здесь и далее Vn — уровень напряжения в начале линии, V/— уровень напряжения в конце линии). Графики приведены только для линий длиной 10 см, расположенных на плате с 4 слоями СТП, и для времени нарастания 1 не, т.к линии длиной 10 см в макете встречаются чаще, чем линии длиной 20 и 30 см, 4 слоя СТП — это минимальное количество слоев для прессования к металлической пластине, а при времени нарастания 1 не сигнал в линии наиболее выражен.
Вычисление отклика показало, что в согласованном случае сигнал нарастает до заданного уровня и дальше не претерпевает никаких искажений (табл.3.5). В рассогласованном случае линия сильно рассогласована и в начале, и в конце (сопротивление нагрузки в конце линии много больше Z, а сопротивление в начале линии много меньше Z), поэтому сигнал из-за отражений от нагрузок претерпевает искажения (табл.3.6).
Формы сигналов при других параметрах аналогичны и здесь не показаны. Для согласованного случая искажения незначительны. Пиковые значения напряжения в начале и в конце рассогласованной ОПЛ для всех параметров приведены в табл.3.7.увеличению на 11,3 — 14% в ее конце при времени нарастания 1 не. При времени 10 и 50 не уровень напряжений практически не изменен.
При времени нарастания 1 не длина линии более 10 см не влияет на величину пикового уровня напряжения. При времени нарастания 10 не увеличение линии в 2 раза приводит к увеличению пикового уровня напряжения на 1 %, а при 50 не - на 0,3 %.
Наличие защитного лака на ОПЛ не оказывает существенного влияния на величину пикового уровня напряжения в начале и в конце линии.Для ППЛ проведены аналогичные расчеты и приводятся аналогичные данные в табл.3.8 - 3.10. Выброс в начале линии происходит вследствие того, что сопротивление самой ППЛ 64,18 Ом сопротивлений 50 Ом на концах линий. Далее сигнал выравнивается на уровне 5 В и не претерпевает никаких искажений. Для согласованных линий длиной 20 и 30 см при времени нарастания 10 и 50 не с лаком и без лака форма сигналов подобна. Поэтому результаты расчетов здесь не приведены.
Вычисление временного отклика
В данном разделе подробно исследован временной отклик отрезка двух связанных линий трех видов: двух связанных ОПЛ, двух связанных ППЛ и двух связанных ОПЛ и ППЛ. Вычисления отклика выполнялись с помощью Mathcad программ [38]. Модели для одиночных линий, применены и для связанных: подставляя параметры отрезков для четной и нечетной (верхние индексы "е" и "о") мод возбуждения, находят временной отклик, т.е. отражённую и проходящую (нижние индексы "R" и "71") волны напряжения, на входной сигнал для каждой их этих мод, а затем — Vna — напряжение в начале активной линии, Vfa - напряжение в конце активной линии, Vnp — напряжение в начале пассивной линии, Vfp — напряжение в конце пассивной линии.
В качестве воздействия рассматривался перепад напряжением 5 В, линейно нарастающий за 1, 10, 50 не. При моделировании полагалось, что к началам и концам обеих линий подключены резисторы на землю, равные среднему геометрическому волновых сопротивлений чётной и нечётной моды, т.е. обеспечивалось почти полное согласование связанных линий. Рассмотрен и рассогласованный случай, когда сопротивления в началах линий приняты равными 8 Ом, а в концах - 1 МОм. Длина линий полагалась равной 10, 20, 30 см.
Результаты моделирования двух согласованных ОПЛ в виде графиков (где здесь и далее Vna - напряжение в начале активной линии, V/a — напряжение в конце активной линии, Vnp — напряжение в начале пассивной линии, V/p — напряжение в конце пассивной линии) представлены в табл.4.9 -4.11 для линий длиной 10, 20 и 30 см, соответственно. Это результаты для 4 слоев СТП при шаге трассировки 1,25 мм и tr=\ не. Аналогичные вычисления выполнены и для других параметров: 6 и 8 слоев СТП, шаг трассировки 0,625 и 2,5 мм, время нарастания 10 и 50 не. Обобщенные результаты этих вычислений сведены в табл.4.12 - 4.14. Из табл.4.9 - 4.11 видно, что в активной линии сигнал достигает уровня 5 В и далее не претерпевает искажений. Вследствие влияния активной линии, в пассивной наводится перекрестная помеха напряжением в начале линии приблизительно 1,4 % (здесь и далее от установившегося значения напряжения в активной линии), а в ее конце - от -0,5 % до -1,5 % в зависимости от длины линии. При нанесении лака в активной линии не происходит заметных изменений. В начале пассивной линии перекрестная помеха немного увеличивается, а в конце существенно уменьшается, причем меняется полярность помехи. Из табл.4 Л 2 следует, что при времени нарастания 1 не, длине линии 10 см и самом близком расположении линий, напряжение в начале пассивной линии на платах с 4, 6 и 8 слоями СТП составляет 7 %, 13 % и 17 %, соответственно и 0,02 %, 0,4 % и 0,6 % в конце линии. При увеличении шага трассировки взаимовлияния ослабевают и напряжения в пассивной линии составляют не более 5 %. Увеличение длины линии не приводит к изменению пикового значения напряжения в начале пассивной линии, но пропорционально увеличивает напряжение в ее конце.
Из табл.4.13 следует, что при времени нарастания 10 не, длине линии 10 см и самом близком расположении линий, напряжение в пассивной линии на платах с 4, 6 и 8 слоями СТП составляет 1 %, 2 % и 2,5 %, соответственно. При увеличении шага трассировки напряжения в пассивной линии составляют не более 0,7 %. Увеличение длины линии приводит к увеличению пикового значения напряжения в начале пассивной линии до 5 % при длине линии 20 см и до 8 % при 30 см, пропорционально увеличивается напряжение и в конце линии.
Из табл.4.14 следует, что при времени нарастания 50 не, длине линии 10 см и самом близком расположении линий, напряжение в пассивной линии линии на платах с 4, 6 и 8 слоями СТП составляет не более 0,5 %. При увеличении шага трассировки напряжения в пассивной линии составляют не более 0,7 %. Увеличение длины линии приводит к увеличению пикового значения напряжения в начале пассивной линии до 0,1 % при длине линии 20 см и до 1,5 % при 30 см, пропорционально увеличивается напряжение и в конце линии.
Нанесение дополнительного диэлектрического слоя (лака) приводит к увеличению взаимной емкости двух связанных ОПЛ, вследствие чего увеличивается емкостный коэффициент связи. В случае, когда индуктивный и емкостный коэффициенты связи без лака были близки, нанесение лака нарушает это равновесие, и в пассивной линии появляется помеха. Примером тому данные в табл.4.12 — 4.14 при шаге трассировки 0,625 мм. Если индуктивный коэффициент связи без лака был больше емкостного коэффициента, то лак, увеличивая емкость, выравнивает коэффициенты индуктивной и екостной связи. Так, при шаге трассировки 1,25 и 2,5 мм лак несколько увеличивает уровень помехи в начале пассивной линии — в худшем случае на 34 % при 1 не и на 50 % при 10 и 50 не, но эти значения составляют не более 6 % от напряжения в активной линии. А перекрестную помеху в конце линии нанесение лака уменьшает в лучшем случае до нуля.
Результаты моделирования двух рассогласованных ОПЛ в виде графиков представлены в табл.4.15 — 4.17 для линий длиной 10, 20 и 30 см, соответственно. Это результаты для 4 слоев СТП при шаге трассировки 1,25 мм и tr=\ не. Аналогичные вычисления выполнены и для других параметров: 6 и 8 слоев СТП, шаг трассировки 0,625 и 2,5 мм, время нарастания 10 и 50 не. Результаты этих вычислений приведены в табл. 4.18 - 4.20.
Из табл.4.15 - 4.17 следует, что при рассогласованности двух линий (т.е. нагрузки на концах отличаются друг от друга и от волновых сопротивлений самих линий) сигнал в активной линии искажается из-за отражений от нагрузок на концах линии. Максимальный выброс сигнала при 1 не в начале линии составляет 10 %, а в конце 50 % от установившегося уровня. Вследствие взаимовлияния между двумя линиями в пассивной линии появляется перекрестная помеха. В начале линии длиной 10 см она колеблется от 0,5 % до -1 %, а в конце линии величина помехи колеблется до ±1,9 %. При увеличении длины линий перекрестная помеха в начале линии по амплитуде не увеличивается, а в конце увеличивается пропорционально длине. Нанесение лака на связанные рассогласованные ОПЛ практически не изменяет уровень искажений в активной линии, но существенно влияет на напряжения в пассивной линии. Так в начале пассивной линии пиковое значение напряжения немного увеличивается, а в конце уменьшается до ±1,2%. Как видно из графиков, в рассогласованном случае происходит следующее. Сигнал к концу пассивной линии приходит отрицательной полярности, отражается от нагрузки 1 МОм и увеличивается в два раза по амплитуде. Отраженный сигнал отрицательной полярности идет в начало линии, отражается от нагрузки 8 Ом,
Обращенная и подвешенная полосковые линии
Результаты моделирования двух согласованных ОПЛ и ППЛ в виде графиков представлены в табл.4.33 - 4.35 для линий длиной 10, 20 и 30 см, соответственно. Это результаты для 4 слоев СТП при шаге трассировки 1,25 мм и tr=\ не. Аналогичные вычисления выполнены и для других параметров: 6 и 8 слоев СТП, шаг трассировки 0,625 и 2,5 мм, время нарастания 10 и 50 не. Обобщенные результаты этих вычислений сведены в табл.4.36 — 4.38. Из табл.4.33 - 4.35 видно, что в активной линии сигнал достигает уровня 5 В и далее не претерпевает искажений. Вследствие влияния активной линии, в пассивной наводится перекрестная помеха напряжением в начале линии приблизительно 1,6 % (здесь и далее от установившегося значения напряжения в активной линии), а в конце линии помеха — от -1,2 % до -3,4 % в зависимости от длины линии. Нанесение лака почти не влияет на напряжение в активной линии. В начале пассивной линии помеха увеличивается на 40,5 %, что составляет 2,2 % от напряжения в активной линии, а в конце существенно уменьшается и составляет не более 1,6 %.
Из табл.4.36 следует, что при времени нарастания 1 не, длине линии 10 см и самом критическом расположении линий, когда одна линия расположена над другой, напряжение на платах с 4, 6 и 8 слоями СТП составляет соответственно 16 %, 23,2 % и 27,7 % в начале пассивной линии и 1 %, 1,4 % и 1,6 % в конце линии. При увеличении шага трассировки взаимовлияния ослабевают и напряжения в пассивной линии составляют не более 13 %. Увеличение длины линии не приводит к изменению пикового значения напряжения в начале пассивной линии, но пропорционально увеличивается напряжение в конце линии.
Из табл.4.37 следует, что при времени нарастания 10 не, длине линии 10 см и самом критическом расположении линий, напряжение в пассивной линии на платах с 4, 6 и 8 слоями СТП составляет не более 4,6 %. При увеличении шага трассировки напряжения в пассивной линии составляют не более 1,9 %. Увеличение длины линии приводит к увеличению пикового значения напряжения в начале пассивной линии до 9,2% при длине линии 20 см и до 13,8 % при 30 см, пропорционально увеличивается напряжение и в конце линии.
Из табл.4.38 следует, что при времени нарастания 50 не, длине линии 10 см и самом критическом расположении линий, напряжение в пассивной линии на платах с 4, 6 и 8 слоями СТП составляет не более 1 %. При увеличении шага трассировки напряжения в пассивной линии составляют не более 0,4 %. Увеличение длины линии приводит к увеличению пикового значения напряжения в начале пассивной линии до 1,9 % при длине линии 20 см и до 2,8 % при 30 см, пропорционально увеличивается напряжение и в конце линии.
Нанесение лака несколько увеличивает уровень помехи в начале пассивной линии - в худшем случае на 40 % при времени 1 не, на 45 % при 10 не и в 2 раза при 50 не. Максимальное значение напряжения в начале пассивной линии составляет 29 % при 1 не, 30 см и расположении линий одна под другой. А перекрестную помеху в конце линии нанесение лака уменьшает в лучшем случае до нуля.
Из табл.4.39 - 4.41 следует, что при рассогласованности двух ОПЛ и ГШЛ (т.е. нагрузки на концах отличаются друг от друга и от волновых сопротивлений самих линий) сигнал в активной линии искажается из-за отражений от нагрузок на концах линии. Максимальный выброс сигнала при 1 не составляет в начале линии 12,5 %, а в конце — 52 %. Вследствие взаимовлияния между двумя линиями в пассивной линии появляется перекрестная помеха. В начале линии длиной 10 см величина помехи составляет от 0,8 % до 2,5 %, а в конце линии колеблется от 3,7 % до 8,8 %. При увеличении длины линий перекрестная помеха в начале линии по амплитуде не увеличивается, а в конце увеличивается пропорционально длине. Нанесение лака на связанные рассогласованные ОПЛ и ППЛ практически на изменяет уровень искажений в активной линии, но существенно влияет на напряжения в пассивной линии. Как видно из графиков, в рассогласованном случае в отличие от согласованного лак уменьшает перекрестную помеху и в начале линии, и в ее конце. В линии длиной 10 см лак на помеху в начале линии влияет слабо, а в конце уменьшает на 47,3 %. В линии 20 см помеха в начале линии уменьшается в 2 раза, а конце в 2,8 раза. В линии 30 см помеха в начале линии уменьшается в 3 раза, а конце в 3,4 раза.
Из табл.4.42 следует, что при времени нарастания 1 не, длине линии 10 см и самом критическом расположении линий, напряжение в начале пассивной линии на платах с 4, 6 и 8 слоями СТП составляет 6,5 %, 7,5 % и 8,3 %, соответственно и 13 %, 19,3 % и 22,8 % в конце линии. В отличие от согласованного случая сигнал претерпевает искажения и в самой активной линии, выбросы в начале линии составляют 11,5 %, 11 % и 10,5 %, а в конце линии, соответственно, 43,5 %, 59,2 % и 62%. При увеличении шага трассировки напряжения в пассивной линии составляют не более 18 %. Увеличение длины линии приводит к изменению пикового значения напряжения в пассивной линии до 25 % при длине линии 20 см и до 27,3 % при 30 см.
Из табл.4.43 следует, что при времени нарастания 10 не, длине линии 10 см и самом критическом расположении линий, напряжение в пассивной линии на платах с 4, 6 и 8 слоями СТП составляет не более 1,1 % в начале линии и не более 4,2 % в ее конце. Максимальный выброс в активной линии составляет не более 4,3 %. При увеличении шага трассировки напряжения в пассивной линии составляют не более 3,2 %. Увеличение длины линии приводит к увеличению пикового значения напряжения в пассивной линии до 5 % при длине линии 20 см и до 8 % при 30 см.
Из табл.4.44 следует, что при времени нарастания 50 не, длине линии 10 см и самом критическом расположении линий, напряжение в пассивной линии на платах с 4, 6 и 8 слоями СТП составляет не более 1,5 % в начале линии и не более 4,4 % в ее конце. В активной линии выбросов нет. При увеличении шага трассировки напряжения в пассивной линии составляют не более 3,2 %. Увеличение длины линии приводит к увеличению пикового значения напряжения в пассивной линии до 4,4 % при длине линии 20 см и 30 см.
В отличие от связанных ОПЛ и связанных ПИЛ в случае связанных ОПЛ и ППЛ нанесение лака не однозначно влияет на уровни помех в линиях. В некоторых случаях лак уменьшает уровень перекрестной помехи в начале пассивной линии, а в конце, наоборот, увеличивает. Из табл.4.42 — 4.44 следует, что лак увеличивает уровень напряжения в начале линии в худшем случае на 21 % при времени 1 не, на 50 % при 10 не и 50 не, но и эти значения составляют не более 9 %. Перекрестную помеху в конце линии нанесение лака уменьшает в лучшем случае в 6 раз.
