Влияние длины и числа витков на задержку в микрополосковой меандровой линии

Полный текст

Тенденции развития современной радиоэлектронной аппаратуры (уменьшение габаритов, увеличение верхней частоты спектра сигналов и др.) приводят к увеличению плотности монтажа и необходимости минимизации асин-хронности сигналов. В этой связи широкое распространение получили линии задержки. Распространено применение линии задержки в виде меандра как самой простой структуры. Однако возникающие в ней перекрестные наводки могут приводить к искажению формы сигнала и уменьшению времени задержки в линии [1]. Существуют различные подходы к уменьшению уровня перекрестных наводок, например использование защитных трасс [2], однако это увеличивает площадь меандровых линий. Между тем часто требуется ее минимизировать. Результаты моделирования для симметричной полосковой линии рассмотрены в [3]. Однако неоднородное диэлектрическое заполнение поперечного сечения может иметь свою специфику, например из-за разности задержек мод поперечной волны. Цель работы - оценить влияние длины и количества витков в микрополосковых меан-дровых линиях на искажения и задержку распространения сигнала. Вышеперечисленные факторы приводят к необходимости численного анализа искажений сигналов в меандровых линиях. Для некоторых структур квазистатический анализ, основанный на телеграфных уравнениях, может давать корректные результаты [4]. Развитие вычислительной техники и численных методов обусловило широкое распространение электродинамического анализа, учитывающего все типы волн и неоднородности. Но он, как правило, требует более высоких вычислительных затрат и компетенций. Моделирование меандровых линий (см. рис. 1) в системе CST MWS проводилось без «Инфокоммуникационные технологии» Том 12, № 4, 2014 2. Голд Б., Рэйдер Ч. Цифровая обработка сигналов. Пер. с англ. М.: Сов. Радио, 1973. - 368 с. 3. Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов. Пер. с англ. М: Мир, 1978, 848с. 4. Тяжев А.И. Выходные устройства приемников с цифровой обработкой сигналов. Самара: Изд-во СГУ, 1992. - 276 с. 94 Газизов Т.Р., Заболоцкий А.М., Орлов П.Е. учета потерь в проводниках и диэлектриках, поскольку это позволяет оценить влияние именно электромагнитных связей между по-лувитками. Число полувитков меандровой линии N = 4; 6; 8 и 10; их длина l = 5; 10; 15 и 20 мм. Поперечное сечение витка показано на рис. 1 а. Параметры структуры проводников: толщина t = 35 мкм; ширина w =150 мкм; разнос s = 150 мкм. S W С 2 Рис. 2. Зависимости задержки по уровню 0,5 от длины полувитков при изменении их числа (a) и задержки на полувиток от числа полувитков при их различных длинах (б) Таблица 2. Относительные значения максимального выброса, % Рис. 1. Поперечное сечение модели витка (а) и вид сверху для структуры из двух витков (б) при N = 4 Параметры диэлектрика: относительная диэлектрическая проницаемость є = 3,8; толщина h = 300 мкм. Вид двух витков исследуемой линии показан на рис. 1б. Значение сопротивлений на концах линий выбрано из условия псевдосогласования и равно 97 Ом. В качестве воздействия выбран трапецеидальный сигнал с ЭДС 1 В и длительностями фронта и спада - 0,1 нс; плоской вершины - 1 нс. Формы сигналов на входе и выходе меандровой линии показаны в таблице 1. Зависимости задержек распространения сигнала по уровню 0,5 приведены на рис. 2. Из представленных результатов видно, что увеличение длины полувитка приводит к увеличению задержки и значительным искажениям формы сигнала (фронт и плоская вершина) на ближнем и дальнем концах линии. Для структур с l > 5 мм наблюдается значительное искажение формы плоской вершины импульса, а на фронтах появляются ступени. Во всех случаях наблюдаются выбросы на плоской вершине импульса. N\l 5 10 15 20 4 6 20 26 32 6 6 24 32 34 8 12 20 26 26 10 12 20 20 24 Относительные значения максимального выброса сведены в таблицу 2. Стоит отметить, что значительное влияние на уровень выброса оказывает длина полувитков, тогда как увеличение их числа влияет заметно меньше. Уровень выброса для многих структур превышает 10 %, ухудшая целостность сигнала. Из рис. 2 видно, что увеличение длины структуры в 4 раза приводит к увеличению задержки примерно в 3,5 раза. Отдельно стоит отметить, что при N > 4 увеличение длины полувитков приводит к линейному росту задержки (рис. 2а). Увеличение числа полувитков приводит к уменьшению задержки в одном полувитке в среднем на 8,5 % (рис. 2б). Таким образом, приведенные результаты показывают, что в меандровых линиях задержки могут наблюдаться искажения формы импульсных «Инфокоммуникационные технологии» Том 12, № 4, 2014 Газизов Т.Р., Заболоцкий А.М., Орлов П.Е. 95 «Инфокоммуникационные технологии» Том 12, № 4, 2014 96 сигналов. Это может накладывать ограничения на возможности их применения при работе с широкополосными сигналами. Линейное поведение задержки позволяет для оценки ее значений получить простые аналитические выражения, что может уменьшить время разработки современной радиоэлектронной аппаратуры. Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект №14-19-01232).

Об авторах

Тальгат Рашитович Газизов

Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники

Email: talgat@tu.tusur.ru
д.т.н., с.н.с., доцент

Александр Михайлович Заболоцкий

Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники

Email: zabolotsky_am@mail.ru
к.т.н., с.н.с.

Павел Евгеньевич Орлов

Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники

Email: blink_281@mail.ru
к.т.н., м.н.с.

Список литературы

Дополнительные файлы