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TDR信号反射仿真的实验步骤

时间:2023-07-03 11:29

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作者:admin

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导读:当信号进入射频后,阻抗匹配变得十分重要,差的匹配造成的反射将严重影响信号质量,甚至可能造成误操作,因此必须以传输线理论进行分析,即印制电路板上每条连线都有其特性阻...

当信号进入射频后,阻抗匹配变得十分重要,差的匹配造成的反射将严重影响信号质量,甚至可能造成误操作,因此必须以传输线理论进行分析,即印制电路板上每条连线都有其特性阻抗。在设计中,工程师通常利用时域反射法(TDR)来测量印制电路板上连线的特性阻抗,进而实现阻抗匹配。

本节的顺序是首先介绍TDR的原理,接着介绍本次实验的仿真,最后实验步骤。其中实验步骤包括TDR基础仿真、TDR模拟仿真和开路不连续传输线仿真。

TDR原理

印制电路板传输线的特性阻抗Z=(L/C)1/2,而使用TDR测量的公式为:

图片

式中,图片为反射系数。

图所示为传输线不连续时,测得的TDR反射波形,设特定性阻抗图片。刚开始时,波形起伏为SMA连接头的杂散电容及电容效应,之后为50Ω传输线,当传输线较粗时,电容值较大而电感值较小,所以显示反射图形特性阻抗较高。因此,可以得出:TDR反射波形比50Ω传输线低时,表示传输线具有电容效应;比50Ω传输线高时,具有电容效应。

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仿真实例

在介绍了TDR的原理后,本节通过一个仿真实例来讨论TDR的仿真方法和基本流程,主要包括以下内容:

1、对一段不连续传输线进行TDR仿真,观测由于电容和电感不连续造成反射波形的失真;

2、建立不连续传输线的版图,以及可供调用的仿真元件模型;

3、对版图建立的不连续传输线元件模型进行仿真,与原理图仿真结果进行比较;

4、建立一个开路不连续传输线仿真原理图,并计算不连续点的阻抗值。

可见不连续传输线的TRD反射波形,在V1波形中,凹陷点和凸起点分别代表电容和电感不连续造成的信号失真。

实验步骤

1、TDR基础仿真

1、新建有一个“TDR_sim”原理图

2、选择一个“TLines-Multilayer”元件面板,选择一个MLSUBSTRATE2元件插入原理图中,双击元件,进行设置:

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3、继续在“TLines-Multilayer”元件面板中分别选择3个MLICTL_C插入原理图中,进行如下设置:分别表示长宽和设置第几层

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4、从“Sources-Time Domain”元件面板中选择一个VtPulse插入原理图,进行如下设置:

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5、选择两个50欧姆电阻,完成如下原理图

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6、添加瞬态仿真控制器,并进行设置:

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7、设置完成之后,进行仿真显示

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可以看到TDR反射波形,在V1波形中,凹陷点和凸起点分别代表电容和电感不连续造成的信号失真。V1电感和电容在波动前后引起的波动分别为0.825V和1.099V。

2、Momentum TDR模拟仿真

要建立不连续传输线的版图,首先要对上面的原理图进行修改,之后才能建立版图及元件模型,具体步骤如下:

完成版图后,继续进行基低参数设置,设置参数。

为了在原理图中进行仿真,还需要为版图建立一个可调用的元件仿真模型。

步骤:

1、保留传输线,添加port

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2、生成版图

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这里要选择下面的,以P1开始。

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3、设置“Substrate”和频率之后对版图,并生成“Symbol”,便于在原理图中进行调用。

4、将“TDR_sim”另存为“TDR_momentum_sim”,将2个传输线换成符号。

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5、进行仿真,得到的结果和之前原理图仿真结果一样。

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3、开路不连续传输线仿真

在得到不连续传输线TDR反射波形的基础上,接下来建立一个开路不连续传输线仿真原理图,并计算TDR反射波形中不连续点的阻抗值。

1、将“TDR_sim”另存为“TDR_Tlin_sim”,首先删除传输线、输出端电阻以及输出接地。再从“TLines-Multilayer”元件面板中选择一个MLOPENSTUB元件插入原理图中,作为开路负载,并对其进行设置。

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2、修改瞬态仿真控制器。

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3、完成的电路图如下所示:

图片

4、进行仿真,下面是TDR反射波形,可见出现凸起和凹起的不连续点。

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5、为了计算不连续点的阻抗,还需要加入一个计算公式,如下所示:

图片

好了,今天就到这里了。

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